Parný motor s rotujúcim piestom

Číslo patentu: U 5079

Dátum: 05.02.2009

Autori: Tuna Ján, Vavruš Vladimír

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka pamého motora s rotujúcim piestom určeného k premene energie pary na mechanickú energiu.Premena energie vodnej pary, pripadne iných pár a plynov na mechanickú energiu sa využíva najmä v piestových motoroch s lineámym pohybom piestu, alebo v lopatkových turbínach. Nevýhody motorov s lineárnym (kmitavým) pohybom piestu sú tie, že rýchlosť a smer pohybu piestu sa neustále mení. Preto sa časť energie privádzanej parou neustále spotrebúva na rozbeh piestu, na prekonanie zotrvačnosti piestu a na pohyb ostatných, periodicky sa pohybujúcich častí stroja. Účinnosť takýchto motorov je pomeme nízka. Parné turbíny, konajúce rotačný pohyb majú účinnosť oveľa vyššiu ako piestové motory s lineárnym pohybom piestu. Ich nevýhodou je to, že efektívne pracujú len pri vysokých otáčkach turbíny a s parou, prípadne plynmi, ktore majú vysoké teploty - nad 300 stupňov Celzia a viac. Ich nevýhodou je tiež problematická regulácia. Na premenu energie vodnej pary, prípadne iných pár a plynov na mechanickú energiu sú tiež známe motory, ktoré používajú tvar piestu a princíp pohybu piestu z Wankelovho motora, ktorého piest koná rotačný pohyb. Wankelov motor je motor s vnútorným spaľovaním, ktorý sa osvedčil aj v praxi. Ďalej sú uvedené niektoré patenty, ktoré sa zaoberajú prepracovanim Wankelovho motora s vnútorným spaľovaním na parný motor s vonkajším spaľovaním. Patent US 4047856 sa zaoberá popisom jednotlivých súčiastok pamého motora s rotačným piestom, pričom nerieši chladenie a mazanie motoru, ktoré by neznehodnocovalo paru v motore. Nevýhodou tohto riešenia je tiež to, že umiestňuje vstupné otvory pre paru do veka skrine motoru, čím znižuje účinnosť využitia energie pary. Patent DE 4119242 sa zaoberá všeobecným popisom a blokovou schémou motora a jeho príslušenstva ako sú ventily a rozvod pary, kondenzačné nádoba, čerpadlá, zdroj pary. Nedostatkom je, že nerieši chladenie a mazania motora, rovnako nerieši ani problematiku zvýšenia účinnosti motora. Úžitkový vzor DE 20012430 U rieši len všeobecne vstupné ventily motoru a pracovné cykly motoru. Patent DE 20110553 U a patent US 6508060 B 2 sú svojim obsahom totožné a zaoberajú sa hlavne kompaktnosťou motorovej jednotky, vysokou účinnosťou výroby pary o veľmi vysokej teplote, jej dopravením do motora a z motora naspäť do vyvijača pary. Nedostatkom tohto riešenia je to, že motor pracuje s rovnakými pracovnými cyklami ako Wankelov motor, pracuje s veľmi vysokými teplotami, čo má vplyv na životnosť a cenu použitých materiálov.Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje parný motor s rotujúcim piestom, podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že je umiestnený v tepelne izolovanom obale a skladá sa zo skrine, v ktorej je uložený minimálne jeden piest na hriadeli. Na vonkajšej strane skrine sú upevnené minimálne dva vstupné ventily a minimálne dva výstupné ventily, pričom cez vstupné ventily je pripojené vstupné potrubie na prívod pohonného média. Motor sa ďalej skladá z ovládacej jednotky prepojenej so vstupnými ventilrni a výstupnými ventilmi, ktorá je umiestnená mimo skrine.Skriňa sa skladá z minimálne jedného stredověho dielu s vnútomým profilom tvaru skrátenej epitrochoidy, predného krytu a zadného krytu, ktoré sú vzájomne spojené rozoberateľným spojom. V prednom kryte a zadnom kryte sú v strede vytvorené otvory pre uloženie hriadeľa a vytvorená minimálne jedna dvojica vstupných otvorov a minimálne jedna dvojica protiľahlých výstupných otvorov.Hríadeľ motora je uložený v prednom kryte prostredníctvom predného ložiska a v zadnom kryte prostredníctvom zadného ložiska. Na hriadeli je vytvorený minimálne jeden výstredník na voľné uloženie rotujúceho piesru a na minimálne jednom z koncov hriadeľa je uchytený vyvažovací element.Na vnútornej stene skrine je napevno umiestnený minimálne jeden pastorok, ktorý slúži na vedenie piestu, ktorého os je súoso uložená s osou hriadeľa.Na minimálne jednom pieste je jeho teleso z vonkajšej strany ohraničené troma oblúkovými bolo-ni bez prepojovacieho vybrania, ktoré sa spájajú vo vrcholoch a dvoma rovinnými rovnobežnými čelarni.Vo vnútornej strednej časti piestu je z jednej strany vytvorené vnútomé ozubenie na odvaľovanie okolo pastorku a z druhej strany súoso uložené piestové ložisko prostredníctvom ktorého je piest uložený na výstredníku.Skriňa motora je s výhodou vybavená minimálne jedným odvodňovacím ventilom a jej vnútorný priestor je v miestach otvorov pre umiestnenie hriadeľa vybavený tesneniami. V skrini umiestnené predné ložisko,zadné ložisko a piestové ložisko sú naplnené plastickým mazivom.Na hriadeli sú pritom s výhodou bočné steny výstredxtika vybavené opomýrni lôžkami na aretáciu jeho axiálneho posuvu.Hriadel motora je s výhodou prepojený so vstupnýrni ventilrni a výstupnými ventilmi minimálne jedným remeňom alebo minimálne jednou reťazou alebo minimálne jedným ozubeným kolesom.Výhodou tohto technického riešenia je, že pri premene energie pary na mechanickú energiu sa využíva kinetická energia aj tlakové energia pary. Výhodou veľkého počtu výstupných otvorov v skrini motora je nízky protitlak pary na výstupe a zároveň možnosť odstránenia kvapiek vody z pracovných komôr v každej polohe motoru. Výhodou úpravy povrchu plochy boku piestu pomocou rôznych súborov nerovnosti s rôznymi profilmi nerovnosti je zväčšenie povrchu plochy bokov piestu, zlepšenie odovzdania kinetickej a tlakovej energie pary do piestu a tým aj zvýšenie účinnosti parného motora. Výhodou toho, že motor obsahuje chladiaci a mazací okruh je zvýšenie životnosti motora. Výhodou toho, že chladiaci a mazací okruh používa ako chladiace a mazacie médium jeho pohonné médium je neustála dostupnosť tohto média, pričom tepelná energia, ktorá vzniká trením je vrátená naspäť do motora.Prehľad obrázkov na výkresochRiešenie je bližšie ozrejmené na priložených výkresoch, kdeobr. 1 znázorňuje parný motor v zloženom staveobr. 2 znázorňuje všetky súčasti pamého motora v rozloženom staveobr. 3 znázorňuje chladiaci a mazací okruh vyvedený zo vstupného potrubiaobr. 4 znázorňuje chladiaci a mazací okruh vyvedený z vnútorného priestoru skrine obr. 5 znázorňuje rôzne vyhotovenia súborov nerovnosti a profilov nerovnostiobr. 6 znázorňuje jednotlivé pracovné cykly pamého motora.Skriňa 2 motora 1 (obr. 2) sa skladá zo stredového dielu 21 s vnútomým proñlom tvaru epitrochoidy V ktorom je vytvorená dvojica protiľahlých vstupných otvorov 211 a dvojica protiľahlých stredových výstupných otvorov 212 a predného krytu 22 v ktorom je vytvorená dvojica predných výstupných otvorov 221 a zadného krytu 23 v ktorom je vytvorená dvojica zadných výstupných otvorov 231, ktoré sú vzájomne spojené rozoberateľným spoj om. Na vonkajšej strane skrine 2 sú upevnené dva vstupné ventily 5, pričom každý z nich je prepojený s jedným vstupným otvorom 211 a dva výstupné ventily 6, pričom každý z nich je prepojený s jedným stredovým výstupným otvorom 212, jedným predným výstupným otvorom 221 a jedným zadným výstupným otvorom 231. Na vstupné ventily 5 je pripojené vstupné potrubie 7 s regulačným elementom 71 privádzajúce pohonné médium 11. Vstupné ventily 5 a výstupné ventily 6 sú prepojené s ovládacou jednotkou 9 umiestnenou mimo skrine 2. V prednom kryte 22 a zadnom kryte 23 sú v strede vytvorené otvory v ktorých je prostrednictvom predného ložiska 222 a zadného ložiska 232 uložený hriadeľ 4. V strednej časti hriadeľa 4 je vytvorený výstredník 41 a na jeho jednom konci je uchytený vyvažovací element 42. Na vnútornej strane predného krytu 22 je napevno uložený pastorok 223, slúžiaci na vedenie piestu 3, ktorého os je súoso uložená s osou hriadeľa 4. V skrini 2 je prostrednictvom hriadeľa 4 uložený rotujúci piest 3. Teleso 31 piestu 3 je z vonkajšej strany ohraničené troma oblúkovýrni bokmi 311, bez prepojovacieho vybrania, spájajúcirni sa vo vrcholoch 313 a dvoma rovinnými rovnobežnými čelami 312. V drážkach vrcholov 313 sú vložené radiálne pružiny 37 spolu s radiálnymí tesneniami 36 a v drážkach čela 312 sú vložené axiálne pružiny 39 spolu s axíálnymi tesneníami 38. Vo vnútornej strednej časti telesa 31 je z jednej strany napevno uložený veniec 33 s vnútomým ozubením na odvaľovanie okolo pastorku 223 a z druhej strany súoso uložené piestové ložisko 32. Prostredníctvom piestového ložiska 32 je uložený piest 3 na výstredniku 41 hriadeľa 4. Do vnútra skrine 2 je zo vstupného potrubia 7 privedený chladiaci a mazací okruh 8, privádzajúci chladiace a mazacie médium 89 zhodné s pohonným médiom 11. Chladiaci a mazací okruh 8 pozostáva zo vstupného chladiaceho a mazacieho potrubia 81 so škrtiacou klapkou 82, ktoré je vyvedené zo vstupného potrubia 7 a privedené do vstupnej krytky 83 umiestnenej na vonkajšej strane zadného krytu 23 súoso s hriadeľom 4, zo sústavy chladiacich a mazacích kanálov 84 v hriadeli 4, ktoré sú vyvedené z vnútomého priestoru vstupnej krytky 83 a ústia v miestach styku hriadeľa 4 so zadným ložiskom 232, predným ložiskom 222 a v mieste styku výstrednika 41 hriadeľa 4 s piestovým ložiskom 32 a vo vnútornom priestore výstupnej krytky 85 umiestnenej na vonkajšej strane predného krytu 22 súoso s hriadeľom 4, z ventilátora predstavujúceho usmerňovač prúdenia 86 umiestneného na hriadeli 4 vo vnútomom priestore výstupnej krytky 85 a z výstupného chladiaceho a mazacieho potrubia 87, ktoré je vyvedené z vnútomého priestoru výstupnej krytky 85 a privedené do vstupného potrubia 7.Ako pohonné médium 11 aj chladiace a mazacie médium 89 je v tomto príklade použitá para. Piest 3 v jeho rôznych polohách otočenia rozdeľuje vnútorný priestor skrine 2 na ľavú komoru skrine a pravú komoru skrine, ktorých vnútomý priestor nie je navzájom prepojený. Taktiež každú z týchto komôr piest 3 v určitých polohách otočenia predeľuje na homú a spodnú časť. V spodnej časti ľavej komory a v hornej časti pravej komory pri predelení komôr prebiehajú cyklicky procesy vstupu a expanzie pary a V hornej časti ľavej komory a spodnej časti pravej komory a v každej komore v okamihu keď nie je predelená prebieha proces výstupu pary. Pri procese vstupu pary je vstupný ventil 5 príslúchajúci konkrétnej časti komory v ktorej prebieha tento proces otvorený a do tejto časti komory cez neho prúdi vstupný prúd pary, ktorý zároveň naráža na bok 311 telesa 31 piestu 3 a odovzdáva mu svoju kiuetickú energiu. Pri procese expanzie pary je vstupný ventil 5 príslúchajúci konkrétnej časti komory v ktorej prebieha tento proces zatvorený. Para sa v tejto uzavretej časti komory rozpína a odovzdáva svoju tlakovú energiu boku 311 telesa 31 piestu 3. Pri procese vstupu pary a expanzie pary energia prenesená na bok 311 telesa 31 piestu 3 núti piest 3 vykonávať rotačný pohyb v skrinj 2 prenášaný na hriadeľ 4, pomocou ktorého je tento pohyb vyvedený von zo skrine. Pri procese výstupu pary rotačný pohyb piestu spôsobuje zmenšovanie vnútorného priestoru prislúchajúcej častí komory a tým núti pam vystúpiť z tejto časti komory cez príslúchajúci Výstupný ventil 6. Na obr. 15 a je znázornená poloha piestu pri ktorej je ľavá aj pravá komora predelená na spodnú a hornú časť. V tejto fáze v ľavej spodnej časti prebieha vstup pary cez otvorený ľavý vstupný ventil 5, v ľavej homej časti prebieha výstup pary a zároveň v pravej homej časti prebieha expanzia pary s uzavretým pravým vstupným ventilom 5 a v pravej spodnej časti prebieha výstup pary. Pri ďalšom pootočení piestu 3 (obr. 6 b) v smere hodinových ručičiek sa piest dostane do polohy, kedy ľavá komora zostáva stále predelená a prebiehajú v nej rovnaké procesy ako v predošlej fáze ale pravá komora zostane teraz nepredelená a prebieha v nej už len výstup pary so stále uzavretým pravým vstupným ventilom 5. Pri ďalšom pootočení piestu 3 (obr. 6 c) v smere hodinových ručičiek sa piest dostane do polohy, kedy ľavá komora zostáva stále predelená, pričom v ľavej spodnej časti prebieha teraz už expanzia pary s uzavretým ľavým vstupným ventilom 5 a v ľavej hornej časti prebieha stále výstup pary a pravá komora je opäť predelená, pričom v pravej homej časti prebieha zase vstup pary s otvoreným pravým vstupným ventilom 5 a v pravej spodnej časti prebieha výstup pary. Pri ďalšom pootočení piestu 3 (obr. 6 d) v smere hodinových ručičiek sa piest dostane do polohy, kedy pravá komora zostáva stále predelená a prebiehajú v nej rovnaké procesy ako v predošlej fáze ale ľavá komora zostane teraz nepredelená a prebieha v nej už len výstup pary so stále uzavretým ľavým vstupným ventilom 5. Pri ďalšom pootočení piestu 3 V smere hodinových ručičiek sa piest dostane do polohy znázomenej na obr. 6 a, do príslušnej fázy, ktorá bola už opisaná na začiatku a celý proces sa opakuje. Para prúdi aj cez chladiaci a mazací okruh 8 pomocou usmerňovača prúdenia 86, ktorý je realizovaný ventilátorom, zo vstupného potrubia 7 cez vstupné chladiace a mazacie potrubie 81 a škrtiacu ldapku 82 do vnútorného priestoru vstupnej krytky 83, odtiaľ cez chladiace a mazacie kanály 84 ku zadnému ložisku 232, piestovému ložisku 32 a prednému ložisku 222, ďalej do vnútorného priestoru výstupnej krytky 85 a následne cez výstupné chladiace a mazacie potrubie 87 naspäť do vstupného potrubia 7.Príklad 2 obsahuje všetky prvky ako príklad 1 okrem prvkov chladiaceho a mazacieho okruhu 8 uvedených v príklade l. Chladiaci a mazací okruh 8 v toto príldade (obr. 4) pozostáva z troch chladiacich a mazacích otvorov 88 v telese 31 piestu 3, ktoré sú vyvedené z každého bokou 311 a privedené do piestového ložiska 32.Para prúdi cez chladiaci a mazací okruh 8 v tomto príklade na rozdiel od príkladu l cez chladiace a mazacie otvory 88. Cez chladiace a mazacie otvory 88, ktore v danom momente susedia s časťou komory v ktorej prebieha vstup alebo expanzia pary prúdi para z vnútorného priestoru časti komory k piestovému ložisku 32 a následne cez štrbiny aj ku zadnému ložisku 232 a prednému ložisku 222. Súčasne cez chladiace a mazacie otvory 88, ktore v danom momente susedia s časťou komory v ktorej prebieha výstup pary prúdi para od piestového ložiska 32 do vnútorného priestoru časti komory.Príklad 3 obsahuje všetky prvky ako príklad 1 s tým rozdielom, že plocha každého oblúkového boku 311 je vybavená (obr. 5) súborom nerovnosti 34, ktorý pozostáva z vyhlbených drážok rovnobežných s kratším okrajom boku 31 1 v tvare hranatých vlnoviek s profilom nerovnosti 35 tvaru zapusteného písmena V.Pri procese vstupu pary prúdiaci vstupný prúd pary naráža na súbor nerovnosti 34 boku 311 s profilom nerovnosti 35, pomocou ktorého lepšie odovzdáva svoju kinetickú energiu piestu 3.Príklad 4 obsahuje všetky prvky ako priklad l s tým rozdielom, že na hriadeľoch vstupných ventilov 5 a na hriadeľoch výstupných ventilov 6, ako aj na hriadeli motora 4 sú nasadené ozubené kolesá. Tieto ozubené kolesá sú pospájané reťazou, ktorá zabezpečuje prenesenie rotačného pohybu z hriadele motora 4 na hriadelevstupných aj výstupných ventilov 5 a 6, ktoré rotujú a ich rýchlosť otáčania je závislá na rýchlosti otáčania hriadele motora 4.Príklad 5 obsahuje všetky prvky ako príklad l s tým rozdielom, že na hriadeľoch vstupných ventilov 5 a na hriadeľoch výstupných ventilov 6, ako aj na hriadelí motora 4 sú nasadené remenice (kruhové disky). Tieto remenice sú pospájané remeňom, ktorý zabezpečuje prenesenie rotačného pohybu z hriadele motora 4 na hríadele vstupných aj výstupných ventilov 5 a 6, ktoré rotujú a ich rýchlosť otáčania je závislá na rýchlosti otáčania hriadele motora 4.1. Pamý motor s rotujúcim piestom, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že je umiestnený v tepelne izolovanom obale a skladá sa so skrine (2), v ktorej je uložený minimálne jeden piest (3) na hriadelí (4) a na vonkajšej strane skrine (2) sú upevnené minimálne dva vstupné ventily (S) a minimálne dva výstupné ventily (6),pričom na vstupné ventily (5) je pripojene vstupné potrubie (7) na prívod pohonného média (11), ako aj z ovládacej jednotky (9) prepojenej so vstupnými ventilrni (5) a výstupnýrni ventilrni (6), umiesmenej mimo skrine (2).2. Parný motor s rotujúcim piestom podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že skriňa (2) sa skladá z minimálne jedného stredového dielu (21) s vnútorným profilom tvaru skrátenej epitrochoidy, predného krytu (22) a zadného krytu (23), ktoré sú vzájomne spojené rozoberateľným spojom, pričom v prednom kryte (22) a zadnom kryte (23) sú v strede vytvorené otvory pre uloženie hriadeľa (4) a vytvorená minimálne jedna dvojica vstupných otvorov (211) a minimálne jedna dvojica protiľahlých výstupných otvorov (212,221, 231).3. Pamý motor s rotujúcim piestom podľa nároku 1 a 2 , v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že hriadeľ(4) je uložený v prednom kryte (22) prostredníctvom predného ložiska (222), v zadnom kryte (23) prostredníctvom zadného ložiska (232) a na hriadelí (4) je vytvorený minimálne jeden výstredník (41) na voľné uloženie rotujúceho piestu (3) a na minimálne jednom z koncov hriadeľa (4) je uchytený vyvažovací element(42), pričom na vnútomej stene skrine (2) je napevno umiestnený minimálne jeden pastorok (223), slúžiaci na vedenie piestu (3), ktorého os je súoso uložená s osou hriadeľa (4).4. Parný motor s rotujúcim piestom podľa nárokov l až 3, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , že na minimálne jednom pieste (3) je jeho teleso (31) z vonkajšej strany ohraničené troma oblúkovými bokmi (311) bez prepojovacieho vybrania, ktoré sa spájajú vo vrcholoch (313) a dvoma rovinnými rovnobežnýrni čelami(312), kde v jeho vnútornej strednej časti je z jednej strany vytvorené vnútomé ozubenie na odvalovanie okolo pastorku (223) a z druhej strany súoso uložené piestové ložísko (32), prostredníctvom ktorého je piest (3) uložený na výstredníku (41).5. Pamý motor s rotujúcim piestom podľa hociktorého z nárokov 1 až 4, v y z n a č u j ú ci s a t ý m , že skriňa (2) je vybavená minimálne jedným odvodňovacím ventílom.6. Parný motor s rotujúcim piestom podľa hociktorého z nárokov l až 5, v y z n a č u j ú ci s a t ý m , že vnútomý priestor skrine (2) je v miestach otvorov pre umiestnenie hriadeľa (4) vybavený tesnemami.7. Pamý motor s rotujúcim piestom podľa hociktorého z nárokov l až 6, V y z n a č u j ú ci s a t ý m , že v skrini (2) umiestnené predné ložísko (221), zadné ložísko (232) a piestové ložísko (32) sú plnené plastickým mazivom.8. Parný motor s rotujúcim piestom podľa hociktorého z nárokov l až 7, v y z n a č nj ú ci s a tý m , že na hriadelí (4) sú bočné steny výstredníka (41) vybavené opomýrni plôškami na aretáciu jeho axiálneho posuvu.9. Pamý motor s rotujúcim piestom podľa hociktorého z nárokov 1 až 8, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že hriadeľ (4) motora (l) je prepojený so vstupnými ventilmi (5) a výstupnýrni ventilmi (6) minimálne jedným remeňom alebo minimálne jednou reťazou alebo níinimálne jedným ozubeným kolesom.

MPK / Značky

MPK: F01C 1/00

Značky: rotujúcim, parný, piestom, motor

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-u5079-parny-motor-s-rotujucim-piestom.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Parný motor s rotujúcim piestom</a>

Podobne patenty