Что такое роторно лопастной двигатель

Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович Докладчик: — презентация

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемs-kon.ru

Похожие презентации

Презентация на тему: » Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович Докладчик:» — Транскрипт:

1 Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович Докладчик: Андреев Михаил Леонидович Псковский государственный университет

2 Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ Основные узлы: 1.РЛДВПТ 2.Электрогенератор 3.Система управления 4.Нагреватель 5.Охладитель Блок схема энергоустановки нового поколения состоит из блоков подготовки топлива, получения, накопления и использования энергии, включая управления режимами. Рис. 1 – конструкция автономной энергоустановки Псковский государственный университет

3 Преимущества двигателей с внешним подводом теплоты Термический КПД составляет до 60% Использование практически всех видов ископаемого топлива Регулирование мощности путем изменения давления рабочего тела и температуры Легкий запуск при любой температуре окружающей среды Герметичность Высокий моторесурс Псковский государственный университет

4 Конструкция РЛДВПТ Рис. 2 – конструкция двигателя Основные узлы: модуль 1 модуль 2 охладитель нагреватель выходной вал Псковский государственный университет

5 Конструктивные особенности роторно-лопастной машины Содержит на 60% деталей меньше, чем ШПД Не имеет сложных деталей, таких как коленчатый вал и распределительный валы Не содержит клапанов, пружин, толкателей, штанг Имеет симметричную конструкцию, благодаря этому двигатель уравновешен Два ротора-лопасти имеют одну камеру сгорания и осуществляют работу эквивалентную работе 8-ми цилиндрового двигателя Имеет простую цилиндрическую форму Псковский государственный университет

6 Рис. 3 – цикл работы двигателя Для камеры 2-4: 1.Сжатие в изолированном объёме 2.Вытеснение газа из камеры через Н в модуль 1 3.Процесс в изолированном объёме 4.Впуск горячего газа из Н 5.Расширение в изолированном объёме 6.Выпуск газа из камеры через О в модуль 1 7.Процесс в изолированном объёме 8.Впуск газа из О Цикл работы двигателя Псковский государственный университет

7 Геометрия лопаток и окон Рис. 4 – геометрия лопатокРис. 5 – геометрия окон Псковский государственный университет

8 Модель расчёта площади окон Рис. 6 – структура динамической модели по определению площади прохождения окон лопатками в системе Simulink Рис. 7 – код программы вычисления искомой функции в блоке MATLAB Function Псковский государственный университет

9 Результат вычисления Угол поворота вала, [радиан] Площадь окна, [м 2 ] Рис. 8 – график зависимости площади окна при прохождении группы лопаток одной камеры от угла поворота вала Псковский государственный университет

10 Определение P, V, T, M Рис. 9 – структура динамической модели по определению PVTM в системе Simulink Динамическая модель позволяет определить на каждом из тактов работы двигателя величину давления, температуры, массы и объёма в функции от угла поворота вала Псковский государственный университет

11 Итоги моделирования Получение зависимости давления, температуры, объёма и массы в каждой из камер в зависимости от угла поворота вала позволит определить момент на лопатках и на валу двигателя Получить двигательные характеристики РЛДВПТ Проектирование и создание системы генератор-двигатель Псковский государственный университет

12 Сравнение экономических показателей различных вариантов автономных электрогенерирующих систем Автономные энергоустановки Стоимость, руб. за 1 кВт установленной электрической мощности Срок внедрения «под ключ», месяцев Срок окупаемости Себестоимость руб/кВт ч производимой электрической энергии Бензо-генераторы Не окупается6,5-7,8 Дизель- генераторы лет3,2-3,5 Газо-поршневые лет0,30-0,40 Газо-турбинные лет0,25 Микро- турбинные лет0,30 РЛДВПТ

1 год 0,6 (без учета утилизации тепла) 0,01 (с учетом утилизации тепла) Псковский государственный университет

13 Роторно-лопастная расширительная машина Рис. 10 – роторно-лопастная расширительная машина Псковский государственный университет

14 Механизм преобразования движения Псковский государственный университет Рис. 11 – Механизм преобразования движения

15 Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания Псковский государственный университет Рис. 12 – роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания

16 Заключение Разработана конструкция двигателя: выбраны основные узлы РЛДВПТ и произведена их компоновка. Проведены расчеты и математическое моделирование для кинематической схемы двигателя. Осуществлено математическое моделирование термодинамических процессов в РЛДВПТ. Разработана техническая документация на макеты механизма преобразования и камеру сгорания РЛДВПТ. Разработана методика проведения экспериментальных исследований макетов механизма преобразования и камеры сгорания РЛДВПТ. Псковский государственный университет

17 Заключение Изготовлены макеты механизма преобразования и камеры сгорания РЛДВПТ, проведены экспериментальные исследования на указанных макетах, данные, полученные в экспериментах обработаны, построены графические зависимости. Сопоставлены результаты экспериментов с результатами расчетов и математического моделирования. Проведены дополнительные патентные исследования. Проведены технико-экономические исследования эффективности внедрения исследования в народное хозяйство. Псковский государственный университет

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1973 году инженером Михаилом Степановичем Вигрияновым. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырех лопастей.

На представленной схеме лопасти движутся против часовой стрелки неравномерно, то ускоряясь, то замедляясь. В результате в нижнем правом секторе происходит такт впуска, в верхнем правом секторе — такт сжатия, в «верхней мертвой точке» — воспламенение смеси, в верхнем левом секторе — рабочий ход, в левом нижнем секторе — такт выпуска.

Такая последовательность тактов повторяется за каждый полный оборот ротора. Таким образом, весь четырехтактный цикл выполняется за один оборот вала ротора. Этим роторно-лопастной двигатель существенно отличается от поршневого ДВС. У последнего четырехтактный цикл осуществляется за два оборота коленвала.

Данный роторный двигатель относится ко второй классификационной группе возможных вариантов роторных моторов, из 7 возможных групп конструктивной компоновки. Классификация определена согласно сведениям изложенным на сайте. Эта схема компоновки двигателя отличается тем, что главный рабочий элемент двигателя, воспринимающий на себя давление рабочих газов состоит из двух частей. Каждая часть представляет собой «коромысло», центр которого расположен на главном валу мотора, а на концах — расположены «поршни-лопасти». Два этих коромысла с лопастями движутся согласованно друг относительно друга и между их поршневыми лопастями то уменьшается, то увеличивается объем. В этих рабочих объемах-камерах и совершаются рабочие такты 4-х тактного цикла — «всасывание», «сжатие», «сгорание-расширение» и «выхлоп». При всей очевидности и наглядности осуществления 4-х тактного цикла в этом типе роторных двигателей, они имеют ряд существенных технологических и конструктивных недостатков, которые и не позволили до сих пор создать эффективно действующей модели этого типа роторных двигателей.

Роторно–лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц провела исследование этого двигателя с механизмом Коуэрца. Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно Иванову О. М. (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения. Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов О. М., по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: Иванов О. М. — автор идеи, Вигриянов М. С. — инженер патентовед, Перемитин В. А. — слесарь.

Был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на простом доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немец, американцы, бразилец. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Уплотнения никакие не канальные], как рекламирует Вигриянов, а пластинчатые, могут быть графитовыми и не требовать смазки. А вот уплотнения и смазка торцов валов — серьёзная проблема.

Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Накоряков В. Е. создал акционерное общество для производства данного двигателя. Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было, тем более не мог продолжить разработку.

Конструкция.

Устроен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания следующим образом. В круговом цилиндре соосно расположен ротор, состоящий из двух частей. На каждой из них установлена пара лопастей (лопастей может быть и большее количество, но мы эти случаи не рассматриваем). Рабочие зазоры ротора устанавливаются подшипниками. На широких лопастях несложной конфигурации без особых проблем устанавливаются элементы уплотнений.

При вращении ротора в одном направлении лопасти совершают колебания друг относительно друга, создавая замкнутые внутри цилиндра объемы переменной величины. Движение лопастей друг относительно друга и относительно корпуса двигателя задается синхронизатором. Один из предложенных вариантов изображен на модели (корпус двигателя не показан).

Это механизм на основе сателлитной шестерни и шатунно-рычажного узла. Конструкция была предложена более 80 лет назад и все равно продолжает патентоваться. Вы можете увидеть, как движутся лопасти, как происходит их замедление и ускорение, представить конструкцию двигателя.

Преимущества и недостатки.

Преимущества двигателя Вигриянова (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:

• отсутствие специального механизма газораспределения,
• высокая удельная мощность,

Недостатки этого типа роторных двигателей кроются в самом принципе организации рабочих процессов в их конструкционной схеме. А она заключается в том, что мощность снимается с двух разных валов, а эти валы (каждый соединен со своим «коромыслом» с лопастями) движутся неравномерно, как бы то догоняя, то останавливая друг друга- то затормаживаясЬ, то ускоряясь- поочередными импульсами. Естественно, снимать мощность с таких «пульсирующих» валов очень сложно, а еще надо согласовывать их движение друг относительно друга. Для этого служит очень сложный и громоздкий механизм синхронизации и съема движения-вращения с двух валов. На приведенной в статье фотографии этот механизм виден на задней части корпуса- его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения 2-х рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. Этим объясняется то, что реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.

К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.

В работе двигатель Вигриянова эквивалентен восьмицилиндровому поршневому двигателю, так как за один оборот реализует четыре рабочих цикла.

Магистрант ИРНИТУ Андрей Портнов и доцент Артур Осипов предлагают создать роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

Магистрант кафедры технологии машиностроения Андрей Портнов и доцент кафедры конструирования и стандартизации в машиностроении ИРНИТУ Артур Осипов усовершенствовали конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Новое изобретение иркутских ученых отличается компактностью и легким весом, что повышает надежность и производительность двигателя. По мнению авторов, роторно-лопастные двигатели составят серьезную конкуренцию поршневым аналогам и могут быть использованы в автомобилестроении, машиностроении, авиации и при производстве военной техники.

Андрей Портнов рассказал, что идея модернизировать двигатель внутреннего сгорания возникла у него во время учебы в бакалавриате ИРНИТУ. По информации магистранта, существующие поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют следующие недостатки: крупные габариты, большую массу рабочих органов, малый КПД и множественное количество узлов трения. Все это негативно сказывается на мощности двигателя, затратах на его производство и эксплуатацию.

Чтобы решить данную проблему А. Портнов, предложил вместо поршней использовать в конструкции двигателя ось лопасти и выходной вал, соединённый кривошипно-шатунным механизмом. Под руководством преподавателя, доцента кафедры КСМ Артура Осипова, он приступил к выполнению комплексной научно-исследовательской работы на данную тему.

Новизна изобретения выражается в том, что рабочие объемы разных камер сгорания двигателя накладывают друг на друга. Тем самым повышается объем двигателя и используется малое пространство. Надежность и компактность устройства обеспечивается за счет рабочих компонентов малого размера и веса.

«Все применяемые детали компактно расположены в полости двигателя, что позволяет добиться оптимальных удельных габаритов», — отметил А. Портнов.

Лопасти двигателя будут совершать качательно-вращательные движения. Таким образом, общая суммарная масса движущихся частей снизится на 1/3 по сравнению с поршневыми аналогами. Это позволит двигателю внутреннего сгорания затрачивать меньше энергии на вспомогательные движения.

Проект носит научно-исследовательский характер и может быть полезен ученым, изучающим машиностроительные технологии.

На данном этапе ученые разрабатывают различные варианты модификации двигателя, прорисовывают сборочные чертежи и деталировки. Они подали заявку на патент в Федеральную службу по интеллектуальной собственности. Сборкой двигателя авторы планируют заняться на базе ИРНИТУ. Однако для создания опытно-промышленного образца им потребуется инвестиционная поддержка.

«Прежде всего, наша разработка заинтересует производителей двигателей транспортных машин. Также она заинтересует и широкий круг потребителей: владельцев моторных лодок и катеров, мотоциклов и другого транспорта, в котором целесообразно использовать малогабаритные двигатели. Своё место изобретение может занять в военно-промышленном комплексе», — подчеркнул А. Портнов.

Отметим, что в сентябре молодой ученый А. Портнов приступил к исполнению рабочих обязанностей в должности инженера-механика на Иркутском авиационном заводе.

Ольга Балабанова

Технические рисунки предоставлены А. Портновым

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова

Роторно-лопастной двигатель Вигриянова — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырех лопастей.

Содержание

История разработки

Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klockner-Humboldt-Deutz (KHD) ) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz ). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения. [источник не указан 735 дней] [нейтральность?] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.

На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях. [источник не указан 735 дней]

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.

Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя. [источник не указан 735 дней] Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было, [нейтральность?] тем более не мог продолжить разработку.

Конструкция

На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырехтактный цикл.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателя Иванова (Вигриянова) (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:

• отсутствие специального механизма газораспределения,
• высокая удельная мощность.

Недостатки этого типа роторных двигателей связаны с принципом организации рабочих процессов в конструкционной схеме процессов. Схема подразумевает снятие мощности с двух разных валов (каждый соединен со своим «коромыслом» с лопастями), движущихся неравномерно — то затормаживаясь, то ускоряясь, поочередными импульсами (при этом как бы то догоняя, то останавливая друг друга). Снятие мощности с таких «пульсирующих» было крайне затруднительно. Требуется также согласование их движения друг относительно друга. Согласование выполняется крайне сложным и громоздким механизмом синхронизации и схемой движения-вращения с двух валов. На фотографии этот механизм виден на задней части корпуса — его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения двух рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. По этой причине реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.

К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.

В работе двигатель Иванова (Вигриянова) равнозначен восьмицилиндровому поршневому двигателю, поскольку за один оборот реализует четыре рабочих цикла.