RU2044164C1

RU2044164C1 - Vibration-rotor engine-compressor

Info

Publication number: RU2044164C1
Application number: SU894783922A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Демидченко; Виктор Владимирович Демидченко; Станислав Михайлович Казьмин
Original assignee: Владимир Иванович Демидченко; Виктор Владимирович Демидченко; Станислав Михайлович Казьмин
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: engine and compressor engineering. SUBSTANCE: engine-compressor has expanding section with the inlet and outlet valves, rocking piston which is secured to the common shaft, and gas receiver connected with the outlet passageways of the working section and inlet passageways of the expanding section. The inlet openings of the outlet passageways of the working section are arranged on cylindrical side of the housing of the ring space symmetrically with respect to the plane of arrangement of the separating sector. Control valves are mounted inside the outlet passageways of the working section. Inside the working section, for one inlet valve of forward and reverse action there are two control outlet valves. EFFECT: improved design. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машинам объемного сжатия и расширения, состоящим из теплового двигателя внутреннего сгорания и компрессора, приводимого в действие двигателем, и может быть использовано при создании нестационарных компрессорных установок для сжатия атмосферного воздуха, силовых агрегатов холодильных установок для перекачивания холодильного агента, например аммиака, фреона, автономных газокомпрессорных станций для поддержания давления в магистральных газопроводах, а также транспортных силовых установок, используемых на водном, наземном и воздушном транспорте. При замене компрессора насосом агрегат может быть использован для перекачивания различных жидкостей. The invention relates to volumetric compression and expansion machines, consisting of a heat engine of internal combustion and a compressor driven by an engine, and can be used to create non-stationary compressor units for compressing atmospheric air, power units of refrigeration units for pumping a refrigerant, for example ammonia, freon autonomous gas compressor stations to maintain pressure in the main gas pipelines, as well as transport power plants used on water ohm, ground and air transport. When replacing the compressor with a pump, the unit can be used to pump various liquids.

Известны роторные дизель-компрессоры, состоящие из двигателя внутреннего сгорания и компрессора. Эти агрегаты имеют кривошипно-шатунный механизм или другие механические системы преобразования энергии, обладающие механической необратимостью и усложняющие агрегат. Двигатели внутреннего сгорания объемного сжатия и расширения работают с изохорным отводом теплоты и, следовательно, неполным расширением продуктов сгорания. Потери механической работы за счет этого достигают 15%
Известен двигатель внутреннего сгорания с колеблющимся поршнем, недостатком которого является принудительное зажигание топлива, а следовательно, усложнение системы обеспечения работы двигателя, и неполное расширение продуктов сгорания. Кроме того, в известный двигатель введен механизм преобразования возвратно-вращательных колебаний вала во вращательное движение выходного вала.Known rotary diesel compressors consisting of an internal combustion engine and a compressor. These units have a crank mechanism or other mechanical energy conversion systems that have mechanical irreversibility and complicate the unit. Volume compression and expansion internal combustion engines operate with isochoric heat removal and, therefore, incomplete expansion of combustion products. Losses of mechanical work due to this reach 15%
A known internal combustion engine with an oscillating piston, the disadvantage of which is the forced ignition of the fuel, and consequently, the complexity of the engine operation support system, and incomplete expansion of the combustion products. In addition, a mechanism for converting the rotational oscillations of the shaft into the rotational motion of the output shaft is introduced into the known engine.

Цель изобретения повышение эффективности и уменьшение токсичности отработавших газов. The purpose of the invention is to increase efficiency and reduce toxicity of exhaust gases.

Это достигается тем, что в роторном дизель-компрессоре применена конструкция возвратно-вращательных колебаний вала, общего для двигателя и компрессора, что ликвидирует традиционные механические кинематические схемы преобразования возвратно-вращательного движения вала двигателя во вращательное движение выходного вала, так как компрессор потребляет работу двигателя в форме силовых возвратно-вращательных колебаний вала и преобразует ее в потенциальную энергию сжатой среды, отличной от рабочего тела, используемого в двигателе внутреннего сгорания, и трехступенчатый колебательно-роторный двигатель внутреннего сгорания с двухступенчатым объемным сжатием воздуха, позволяющим осуществить самовоспламенение впрыскиваемого в камеру сгорания топлива, и двухступенчатым объемным расширением продуктов сгорания до атмосферного давления, позволяющим осуществить изобарный отвод теплоты, со ступенью предварительного сжатия воздуха, основной ступенью двигателя с камерой сжатия воздуха и камерой расширения продуктов сгорания разного геометрического объема, достигаемого соответствующей установкой впускного и двух выпускных клапанов относительно друг друга, что изменяет систему газообмена в двигателе внутреннего сгорания и делает возможным изобарный отвод теплоты из основной ступени двигателя применением комбинированного двухступенчатого удаления продуктов сгорания вначале продувкой рабочих камеp основной ступени, а затем выталкиванием оставшихся газов движущимся криволинейно поршнем через ресивер, в котором осуществляется догорание продуктов неполного сгорания топлива, что уменьшает токсичность отработавших газов, в ступень окончательного расширения продуктов сгорания до давления, равного атмосферному. This is achieved by the fact that the rotary diesel compressor employs the design of the reciprocating rotational vibrations of the shaft, common to the engine and the compressor, which eliminates the traditional mechanical kinematic schemes for converting the rotational motion of the motor shaft into the rotational motion of the output shaft, since the compressor consumes the engine in the shape of the power of the rotational oscillations of the shaft and converts it into the potential energy of a compressed medium, different from the working fluid used in the internal engine combustion, and a three-stage rotary-rotary internal combustion engine with two-stage volumetric compression of air, which allows self-ignition of the fuel injected into the combustion chamber, and two-stage volumetric expansion of the combustion products to atmospheric pressure, allowing isobaric heat removal, with a stage of preliminary air compression, the main stage engine with an air compression chamber and an expansion chamber of combustion products of different geometric volumes achieved with by the corresponding installation of the inlet and two exhaust valves relative to each other, which changes the gas exchange system in the internal combustion engine and makes it possible to heat isobarically from the main stage of the engine by using a combined two-stage removal of combustion products by first blowing the working chambers of the main stage, and then expelling the remaining gases by a moving curved piston through a receiver in which the products of incomplete combustion of fuel are burned out, which reduces toxicity exhaust gases to the stage of final expansion of the combustion products to a pressure equal to atmospheric.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез роторного дизель-компрессора; на фиг. 2 ступень предварительного сжатия колебательно-роторного двигателя; на фиг. 3 основная ступень колебательно-роторного двигателя; на фиг. 4 и 5 основные фазы газообмена и схема работы роторного дизель-компрессора. In FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a rotary diesel compressor; in FIG. 2 stage of preliminary compression of the rotary-oscillatory engine; in FIG. 3 main stage of the oscillatory rotary engine; in FIG. 4 and 5, the main phases of gas exchange and the operation scheme of a rotary diesel compressor.

Роторный дизель-компрессор состоит из четырех статоров 1-4 с перегородками 5-8, имеющими одинаковый угловой параметр φ₁ 90^о (см. фиг. 2 и 3), и общий вал 9, опирающийся на подшипники 10 с четырьмя жестко закрепленными, роторами 11-14 с лопастями-поршнями 15-18, имеющими также одинаковый угловой размер φ₂ 45^о (см. фиг. 2 и 3). Статоры 1-3 соответственно с роторами 11-13 образуют три ступени двигателя внутреннего сгорания объемного сжатия и расширения: ступень предварительного сжатия А, основную ступень В, в которой производится сгорание топлива, и ступень С окончательного расширения продуктов сгорания. Статор 4 с перегородкой 8, самодействующими впускными 19, 20 и нагнетательными 21 и 22 клапанами, ротор 14 с поршнем 18 образуют силовой компрессор D (см. фиг. 4, D и 5,D), перекачивающий среду из магистрали 23 низкого давления в магистраль 24 высокого давления.A rotary diesel compressor consists of four stators 1-4 with partitions 5-8 having the same angular parameter φ ₁ 90 ^о (see Fig. 2 and 3), and a common shaft 9, based on bearings 10 with four rigidly fixed rotors 11-14 with the piston blades 15-18, also having the same angular size φ ₂ 45 ^about (see Fig. 2 and 3). Stators 1-3, respectively, with rotors 11-13 form three stages of a volumetric compression and expansion internal combustion engine: a pre-compression stage A, a main stage B in which the fuel is burned, and a final expansion stage C of the combustion products. Stator 4 with a baffle 8, self-acting inlet 19, 20 and pressure valves 21 and 22, a rotor 14 with a piston 18 form a power compressor D (see Fig. 4, D and 5, D), pumping the medium from the low-pressure line 23 to the main 24 high pressure.

Каждая ступень А, В, С и D (см. фиг. 2-5) роторного дизель-компрессора имеет две рабочие камеры переменного объема левую Е и правую F, образованные телом статора, его перегородкой, телом движущегося ротора и его лопастью-поршнем. Ступень А (фиг. 2, 4, А и 5,А) предварительного сжатия воздуха включает в себя левую Е и правую F камеры переменного объема, статор 1, перегородку статора 5 с всасывающим коллектором 25, сообщенным с атмосферой, и самодействующими впускными клапанами 26 и 27, каналы 28 и 29 с коллектором 30 и самодействующими нагнетательными клапанами 31, 32, и соединяется коллектором 30 со ступенью В, которая включает в себя (см. фиг. 3, 4,В и 5,В) левую Е и правую F камеры переменного объема, поочередно выполняющие функции камеры сжатия воздуха и камеры расширения продуктов сгорания, камеры сгорания 33 и 34, размещенные в теле перегородки 6 статора 2, впускные принудительные клапаны 35 и 36, расположенные в каналах 37 и 38, объединенных коллектором 30, выпускные принудительные клапаны 39 и 40, размещенные в каналах 41 и 42, объединенных коллектором 43, и форсунки 44 и 45 для впрыска топлива в камеры сгорания 33 и 34. Выпускной коллектор 43 соединен каналом 46 с ресивером 47, предназначенным для изобарного догорания продуктов неполного сгорания топлива и сглаживания пульсаций давления перед подачей продуктов сгорания в ступень С окончательного расширения рабочего тела. Each stage A, B, C and D (see Fig. 2-5) of a rotary diesel compressor has two working chambers of variable volume left E and right F, formed by the stator body, its partition, the body of the moving rotor and its piston blade. Stage A (Figs. 2, 4, A and 5, A) of the preliminary air compression includes left E and right F chambers of variable volume, stator 1, stator baffle 5 with an intake manifold 25 in communication with the atmosphere, and self-acting intake valves 26 and 27, channels 28 and 29 with a collector 30 and self-acting discharge valves 31, 32, and is connected by a collector 30 to a stage B, which includes (see Figs. 3, 4, B and 5, B) left E and right F variable volume chambers, which alternately perform the functions of an air compression chamber and an expansion chamber of products combustion chambers 33 and 34, located in the body of the partition wall 6 of the stator 2, inlet forced valves 35 and 36 located in the channels 37 and 38, united by the collector 30, exhaust forced valves 39 and 40, placed in the channels 41 and 42, connected by the collector 43, and nozzles 44 and 45 for injecting fuel into the combustion chambers 33 and 34. The exhaust manifold 43 is connected by a channel 46 to a receiver 47 intended for isobaric combustion of products of incomplete combustion of fuel and smoothing of pressure pulsations before supplying combustion products to the end stage C Yelnia expanding working fluid.

Ступень С (см. фиг. 1,С, 4,С и 5,С) состоит из впускного коллектора 48, сообщающегося с ресивером 47, принудительных впускных клапанов 49 и 50 в коллекторе 48, отсекающих подачу рабочих газов в соответствующий момент времени в левую Е и правую F камеры переменного объема, выхлопных патрубков 51 и 52 с размещенными в них принудительными выхлопными клапанами 53 и 54, через которые продукты сгорания отводятся в атмосферу. Stage C (see Fig. 1, C, 4, C and 5, C) consists of an intake manifold 48 communicating with the receiver 47, forced intake valves 49 and 50 in the collector 48, cutting off the supply of working gases at the corresponding time to the left E and right F of the chamber of variable volume, exhaust pipes 51 and 52 with forced exhaust valves 53 and 54 located therein, through which the products of combustion are discharged into the atmosphere.

Роторный дизель-компрессор работает следующим образом. Rotary diesel compressor operates as follows.

Общий вал 9 с жестко закрепленными роторами 11-14 с поршнями 15-18 совершает цикличное возвратно-вращательное движение в пределах угла φ₃(см. фиг. 2 и 3, в данном случае φ₃ 270^о). Амплитуда колебания вала с ротором и поршнем задается угловыми размерами перегородки статора и поршня ротора (см. фиг. 2 и 3).The common shaft 9 with rigidly fixed rotors 11-14 with pistons 15-18 performs a cyclic reciprocating movement within the angle φ ₃ (see Fig. 2 and 3, in this case φ ₃ 270 ^about ). The oscillation amplitude of the shaft with the rotor and piston is set by the angular dimensions of the stator baffle and the rotor piston (see Fig. 2 and 3).

Рассмотрим процессы, происходящие в каждой из четырех ступеней роторного дизель-компрессора и их совместную работу. Consider the processes occurring in each of the four stages of a rotary diesel compressor and their joint work.

Ступень А предварительного сжатия воздуха работает следующим образом. При движении поршня 15 ротора 11 вниз по часовой стрелке в левой камере Е переменного объема происходит предварительное сжатие воздуха фиг. 1А, 2, 4А и последующее выталкивание его через самодействующий нагнетательный клапан 31 в канал 28. Клапан 26 при этом закрыт. Одновременно в правую камеру F через коллектор 25 и самодействующий впускной клапан 27 происходит забор атмосферного воздуха. При обратном против часовой стрелки, колебании ротора 11 с поршнем 15 (см. фиг. 5,А) в правой рабочей камере F происходит предварительное сжатие воздуха с последующим выталкиванием его через самодействующий клапан 32 в канал 29, а в левую рабочую камеру Е ступени А в этот момент времени впускается атмосферный воздух через коллектор 25 и самодействующий впускной клапан 26. Клапан 31 при этом закрыт. Цикл замкнулся. Ступень А предварительного сжатия представляет собой воздушный компрессор со степенью сжатия ε 4 и помимо работы предварительного сжатия воздуха обеспечивает частичную принудительную продувку рабочих камер основной ступени В роторного дизель-компрессора, которая работает следующим образом фиг. 1В, 3, 4В и 5В. Stage A pre-compression of air works as follows. As the piston 15 of the rotor 11 moves clockwise in the left chamber E of variable volume, the air is preliminarily compressed in FIG. 1A, 2, 4A and its subsequent pushing through a self-acting discharge valve 31 into the channel 28. The valve 26 is thus closed. At the same time, atmospheric air is drawn into the right chamber F through the manifold 25 and the self-acting inlet valve 27. When counterclockwise, the oscillation of the rotor 11 with the piston 15 (see Fig. 5, A) in the right working chamber F pre-compression of air occurs, followed by pushing it through a self-acting valve 32 into the channel 29, and into the left working chamber E of stage A At this point in time, atmospheric air is admitted through the manifold 25 and the self-acting inlet valve 26. The valve 31 is thus closed. The cycle is closed. The pre-compression stage A is an air compressor with a compression ratio of ε 4 and, in addition to the air pre-compression operation, provides partial forced purging of the working chambers of the main stage B of the rotary diesel compressor, which operates as follows in FIG. 1B, 3, 4V and 5V.

Рабочий ход с производством работы совершается после самовоспламенения топлива, подаваемого через форсунку 45 в камеру сгорания 34 с момента нахождения поршня 16 ротора 12 в правом верхнем положении фиг. 4В, соответствующем высшим параметрам рабочего тела предыдущего такта вторичного объемного сжатия со степенью сжатия ε ≅ 4. При движении поршня 16 вниз по часовой стрелке в правой камере F происходит расширение продуктов сгорания с понижением давления. При движении поршня 16 по часовой стрелке выхлопной клапан 39, являющийся в данном цикле производства работы первым выпускным, всегда открыт, а выпускной клапан 40, являющийся в этом же цикле вторым выпускным, всегда закрыт. И наоборот. При пересечении поршнем 16 выпускного клапана 39 принудительно открывается впускной воздушный клапан 36 и одновременно при адекватном положении поршня 15 ступени А фиг. 2, в левой рабочей камере Е ступени А достигается расчетное давление воздуха, при котором срабатывает самодействующий клапан 31 и свежая порция воздуха по каналу 28 и коллектору 30 через открытый клапан 36 поступает в правую рабочую камеру F ступени В, частично вытесняя изобарно продукты сгорания с давлением, равным давлению воздуха на выходе из ступени А, через первый выпускной клапан 39, канал 41 в коллектор 43 и далее в ресивер 47. A working stroke with the production of work takes place after self-ignition of the fuel supplied through the nozzle 45 to the combustion chamber 34 from the moment the piston 16 of the rotor 12 is in the upper right position of FIG. 4B, which corresponds to the highest parameters of the working fluid of the previous second volumetric compression stroke with a compression ratio ε ≅ 4. When the piston 16 moves clockwise in the right chamber F, the combustion products expand with decreasing pressure. When the piston 16 moves clockwise, the exhaust valve 39, which is the first exhaust valve in this production cycle, is always open, and the exhaust valve 40, which is the second exhaust valve in the same cycle, is always closed. And vice versa. When the piston 16 intersects the exhaust valve 39, the inlet air valve 36 is forcibly opened and at the same time, with the piston 15 of the stage A of the position A in FIG. 2, in the left working chamber E of stage A, the calculated air pressure is reached at which the self-acting valve 31 is actuated and a fresh portion of air flows through the channel 28 and manifold 30 through the open valve 36 into the right working chamber F of stage B, partially displacing isobaric combustion products with pressure equal to the air pressure at the outlet of stage A, through the first exhaust valve 39, channel 41 into the manifold 43 and then into the receiver 47.

Изобарная продувка правой рабочей камеры F основной ступени B и ее заполнение воздухом продолжаются по мере дальнейшего движения поршня 16 по часовой стрелке. В момент достижения поршнем 16 левого крайнего верхнего положения принудительные клапаны 36 и 39 ступени В и самодействующий клапан 31 ступени А закрываются, а второй выпускной клапан 40 открывается, и происходит подача топлива через форсунку 44 в камеру сгорания 33, его горение и рабочий ход противоположного движения ротора 12 с поршнем 16 против часовой стрелки. Движение поршня из верхнего левого положения против часовой стрелки фиг. 5В, сопровождается окончательным выталкиванием из правой рабочей камеры F ступени В продуктов сгорания и части свежего заряда воздуха от предыдущей продувки, но уже через второй выпускной клапан 40 в канал 42, коллектор 43 и далее в ресивер 47. Выталкивание продуктов сгорания из правой рабочей камеры F основной ступени В заканчивается в момент перекрытия поршнем 16 второго выпускного клапана 40. В этот момент времени прохождения поршнем 16 клапана 40 в правой рабочей камере F ступени В начинается процесс объемного сжатия воздуха, заканчивающийся по достижению поршнем 16 крайнего верхнего правого положения, при котором температура сжатого воздуха превышает температуру самовоспламенения топлива. При прохождении поршнем 16 клапана 40 открывается принудительно впускной воздушный клапан 35 и одновременно при адекватном положении поршня 15 ступени А (фиг. 2) в правой рабочей камере F ступени А достигается расчетное давление воздуха, при котором срабатывает самодействующий клапан 32 и свежая порция воздуха по каналу 29, коллектору 30 через открытый клапан 35 поступает в левую рабочую камеру Е основной ступени двигателя В, обеспечивая частичную изобарную продувку левой камеры Е ступени В через клапан 40, являющийся для цикла с обратным ходом поршня 16 уже первым выпускным, в канал 42, коллектор 43 и далее в ресивер 47, в котором происходит догорание продуктов неполного сгорания топлива и сглаживание пульсаций давления. В момент, соответствующий высшему правому положению поршня 16, клапаны 40, 35 и 32 закрываются, а первый выпускной клапан 39 открывается. Цикл замкнулся. The isobaric purge of the right working chamber F of the main stage B and its filling with air continue as the piston 16 moves clockwise further. When the piston 16 reaches the left extreme upper position, the forced valves 36 and 39 of stage B and the self-acting valve 31 of stage A are closed, and the second exhaust valve 40 is opened, and fuel is supplied through the nozzle 44 to the combustion chamber 33, its combustion and the opposite travel rotor 12 with piston 16 counterclockwise. The movement of the piston from the upper left position counterclockwise FIG. 5B, it is followed by the final ejection from the right working chamber F of the stage B of the combustion products and part of the fresh air charge from the previous purge, but already through the second exhaust valve 40 into the channel 42, the collector 43 and further into the receiver 47. The combustion products are ejected from the right working chamber F the main stage B ends at the moment the piston 16 closes the second exhaust valve 40. At this time, the piston 16 passes the valve 40 in the right working chamber F of stage B, the process of volumetric air compression begins, ending in achievement of the piston 16, the extreme upper right position, wherein the compressed air temperature exceeds the auto-ignition temperature of the fuel. When the piston 16 passes the valve 40, the forced inlet air valve 35 opens and, at the same time, the piston 15 of stage A (Fig. 2) is in an adequate position in the right working chamber F of stage A, the calculated air pressure is reached, at which the self-acting valve 32 and a fresh portion of air through the channel are activated 29, the collector 30 through the open valve 35 enters the left working chamber E of the main stage of engine B, providing a partial isobaric purge of the left chamber E of stage B through the valve 40, which is for the backward pore cycle The screw 16 is already the first outlet, to channel 42, the collector 43 and further to the receiver 47, in which the products of incomplete combustion of the fuel are burned out and the pressure pulsations are smoothed out. At the moment corresponding to the highest right position of the piston 16, the valves 40, 35 and 32 are closed and the first exhaust valve 39 is opened. The cycle is closed.

Окончательно изобарная продувка левой камеры Е ступени В происходит при движении поршня 16 по часовой стрелке за счет вытеснения продуктов сгорания через открытый клапан 39 в канал 41, коллектор 43 и ресивер 47 и полностью будет закончена при пересечении поршнем 16 клапана 39. Замена процесса изохорного отвода теплоты на изобарный в основной ступени В двигателя внутреннего сгорания объемного сжатия и расширения достигается взаимным расположением выхлопных клапанов 39 и 40 относительно друг друга и соответствующих впускных 35 и 36, определяющим отношение геометрических объемов камер объемного сжатия воздуха и объемного расширения продуктов сгорания (рабочего хода), в которых производятся соответственно процессы сжатия и расширения рабочего тела с соблюдением условия полного расширения продуктов сгорания до давления, равного давлению воздуха в начале такта сжатия (в конце процесса сжатия воздуха в ступени А). The final isobaric purge of the left chamber E of stage B occurs when the piston 16 moves clockwise due to the displacement of combustion products through open valve 39 into the channel 41, manifold 43 and receiver 47 and will be completely completed when the piston 16 intersects valve 39. Replacing the isochoric heat removal process isobaric in the main stage B of the internal combustion engine of volumetric compression and expansion is achieved by the relative position of the exhaust valves 39 and 40 relative to each other and the corresponding inlet 35 and 36, which determines wearing the geometric volumes of the chambers of volumetric compression of air and volumetric expansion of the combustion products (working stroke), in which the processes of compression and expansion of the working fluid are carried out, subject to the conditions for the complete expansion of the combustion products to a pressure equal to the air pressure at the beginning of the compression stroke (at the end of the compression process in step A).

В предлагаемом роторном дизель-компрессоре объем камеры расширения продуктов сгорания V_p ступени В (см. фиг. 3), отнесенный к объему камеры сжатия воздуха V_c, равен отношению температуры продуктов сгорания в конце процесса адиабатического расширения Т_р к температуре воздуха в начале такта его сжатия Т_с, т.е. V_p/V_c T_p/T_c, и отношению угловых параметров расположения первого φ_I и второго φ_II выпускных клапанов (см. фиг. 3): V_p/V_c T_p/T_c φ_I /φ_II Если толщиной поршня 16 основной ступени В пренебречь, то при угловом размере перегородки 6 статора 2 φ₁ 90^о будет иметь место следующее значение указанного равенства V_p/V_cT_p/T_c φ_I / φ_II ≈ 2. Основная ступень В и в целом двигатель внутреннего сгорания работают с измененной последовательностью газообмена (за расширением рабочего тела следует такт впуска, затем выпуск и сжатие) по схеме двигателя объемного сжатия и расширения двойного действия, так как рабочий ход имеет место при любом направлении движения поршня. Однако, кроме присущей двухтактным двигателям продувки, применяемой в предлагаемом роторном дизель-компрессоре, производится также выталкивание продуктов сгорания движущимся поршнем по признаку, характерному четырехтактному двигателю и таким образом осуществляется двухступенчатая продувка рабочих камер основной ступени В двигателя через два выпускных клапана 39 и 40.In the proposed rotary diesel compressor, the volume of the expansion chamber of the combustion products V _{p of} stage B (see Fig. 3), referred to the volume of the air compression chamber V _c , is equal to the ratio of the temperature of the combustion products at the end of the adiabatic expansion process T _p to the air temperature at the beginning of the cycle its compression T _s , i.e. V _p / V _c T _p / T _c , and the ratio of the angular location parameters of the first φ _I and second φ _II exhaust valves (see Fig. 3): V _p / V _c T _p / T _c φ _I / φ _II If the thickness neglect the piston 16 of the main stage B, then with the angular size of the partition 6 of the stator 2 φ ₁ 90 ^{о, the} following value of the indicated equality V _p / V _c T _p / T _c φ _I / φ _II ≈ 2 will take place. The internal combustion engine operates with a changed gas exchange sequence (the expansion of the working fluid is followed by the intake stroke, then exhaust and compression) according to the scheme of the volume compression and expansion engine eniya dual action as stroke takes place in any direction of the piston movement. However, in addition to the purge inherent in two-stroke engines used in the proposed rotary diesel compressor, combustion products are also pushed out by a moving piston according to the characteristic characteristic of a four-stroke engine, and thus a two-stage purge of the working chambers of the main engine stage B through two exhaust valves 39 and 40 is carried out.

Ступень С окончательного расширения продуктов сгорания работает следующим образом (см. фиг. 4,С и 5,С). В момент нахождения поршня 17 ротора 13 в крайнем правом верхнем положении принудительно открывается отсечной клапан 50. Под действием давления продуктов сгорания, поступающих из ресивера 47 через клапан 50, поршень 17 опускается по часовой стрелке. Прекращение подачи продуктов сгорания из ресивера 47 в правую камеру F ступени С осуществляется клапаном 50 из условия полного расширения продуктов сгорания в правой камере F ступени С до атмосферного давления. В момент прихода поршня 17 в крайнее левое верхнее положение принудительно открывается отсечной впускной клапан 49, через который из ресивера 47 рабочее тело поступает в левую рабочую камеру Е ступени С и в этот же момент принудительно открывается выхлопной клапан 54. Под действием давления продуктов сгорания, поступающих из ресивера 47 через клапан 49, поршень 17 опускается против часовой стрелки, выталкивая при этом через открытый клапан 54 и патрубок 52 из правой рабочей камеры F продукты сгорания в атмосферу. Прекращение подачи продуктов сгорания из ресивера 47 через клапан 49 в левую камеру Е ступени С осуществляется клапаном 49 из условия полного расширения продуктов сгорания в левой камере Е ступени С до атмосферного давления. В крайнем правом верхнем положении поршня 17 происходит переключение клапанов: клапан 54 закрывается (клапан 49 уже закрыт), клапаны 50 и 53 открываются. Цикл замкнулся. Отработанные газы из левой рабочей камеры Е ступени С удаляются в атмосферу через открытый выхлопной клапан 53 и патрубок 51. В период времени, когда впускные клапаны 49 и 50 закрыты, частично использованная в ресивере 47 потенциальная энергия давления продуктов сгорания восполняется поступлением продуктов сгорания из рабочих камер ступени В в ресивер 47, как описано ранее. Stage C of the final expansion of the products of combustion works as follows (see Fig. 4, C and 5, C). When the piston 17 of the rotor 13 is in the upper right position, the shut-off valve 50 is forcibly opened. Under the action of the pressure of the combustion products coming from the receiver 47 through the valve 50, the piston 17 is lowered clockwise. The supply of combustion products from the receiver 47 to the right chamber F of stage C is stopped by the valve 50 from the condition that the combustion products in the right chamber F of stage C are completely expanded to atmospheric pressure. At the moment the piston 17 arrives in the upper left upper position, the shut-off inlet valve 49 is forcibly opened through which the working fluid flows from the receiver 47 into the left working chamber E of stage C and at the same time the exhaust valve 54 is forced to open. Under the influence of the combustion products entering from the receiver 47 through the valve 49, the piston 17 is lowered counterclockwise, pushing through the open valve 54 and the pipe 52 from the right working chamber F of the combustion products into the atmosphere. The supply of combustion products from the receiver 47 through the valve 49 to the left chamber E of the stage C is stopped by the valve 49 from the condition that the combustion products in the left chamber E of the stage C are completely expanded to atmospheric pressure. In the extreme right upper position of the piston 17, the valves switch: the valve 54 closes (valve 49 is already closed), the valves 50 and 53 open. The cycle is closed. The exhaust gases from the left working chamber E of stage C are discharged into the atmosphere through the open exhaust valve 53 and the nozzle 51. During the period when the intake valves 49 and 50 are closed, the potential pressure energy of the combustion products partially used in the receiver 47 is compensated by the intake of combustion products from the working chambers stage B into the receiver 47, as described previously.

Ступень D является силовым компрессором, воспринимающим работу двигателя в виде возвратно-вращательных движений вала 9 и преобразующим ее в потенциальную энергию давления среды, отдаваемой в магистраль 24 высокого давления, которая работает следующим образом (см. фиг. 4,D и 5,D). При движении поршня 18 ротора 14 из правого верхнего положения по часовой стрелке происходит сжатие рабочего тела в левой рабочей камере Е и впуск рабочего тела из магистрали 23 низкого давления через самодействующий клапан 20 в правую рабочую камеру F ступени D. При обратном ходе поршня 18 против часовой стрелки происходят обратные процессы. Работа силового компрессора D аналогична работе ступени А предварительного сжатия воздуха. Однако в отличие от свободно-поршневых дизель-компрессоров в силовом компрессоре D может перекачиваться любая среда, включая жидкую. Это зависит от конструкции последней ступени D роторного дизель-компрессора, которая в этом случае будет насосом. Для балансировки вала роторного дизель-компрессора поршни ступени D и возможно ступени С могут быть расположены под углом 180^о к лопастям других ступеней.Stage D is a power compressor that perceives the operation of the engine in the form of the rotational movements of the shaft 9 and converts it into the potential energy of the pressure of the medium given to the high-pressure line 24, which operates as follows (see Fig. 4, D and 5, D) . When the piston 18 of the rotor 14 moves from the upper right position in a clockwise direction, the working fluid is compressed in the left working chamber E and the working fluid is introduced from the low pressure line 23 through a self-acting valve 20 into the right working chamber F of stage D. When the piston 18 is counter-clockwise arrows reverse processes occur. The operation of the power compressor D is similar to the operation of stage A of the preliminary air compression. However, unlike free piston diesel compressors, any medium, including liquid, can be pumped in power compressor D. This depends on the design of the last stage D of the rotary diesel compressor, which in this case will be a pump. For balancing shaft rotary piston diesel compressor stage D and stage C may be disposed at an angle to the blades 180 ^{of the} other stages.

При использовании предложенного роторного дизель-компрессора уменьшены, во-первых, на 10-15% доля теплоты, отдаваемая низкотемпературному источнику, за счет замены изохорного отвода теплоты на изобарный, во-вторых, необратимые механические потери двигателя из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма, включая коленчатый вал, и других механизмов преобразования энергии, отсутствует система глушения и могут быть использованы любые жидкие топлива и газ. When using the proposed rotary diesel compressor, firstly, by 10-15% the fraction of heat transferred to a low-temperature source is reduced by replacing isochoric heat removal with an isobaric one, and secondly, irreversible mechanical losses of the engine due to the absence of a crank mechanism , including the crankshaft, and other energy conversion mechanisms, there is no jamming system and any liquid fuels and gas can be used.

Роторный дизель-компрессор экологически чище существующих. Это обусловлено тем, что ресивер роторного дизель-компрессора помимо основной функции сглаживание пульсации давления, выполняет еще функцию термического нейтрализатора. Свободный кислород как следствие избыточности продувки основной ступени двигателя и высокая температура (до 1200 К) создают в ресивере условия для догорания продуктов неполного сгорания топлива СН и СО. Время для обеспечения качественного догорания СН и СО определяется геометрическими размерами ресивера. Rotary diesel compressor is cleaner than existing ones. This is due to the fact that the receiver of a rotary diesel compressor, in addition to the main function of smoothing the pressure pulsation, also performs the function of a thermal converter. Free oxygen as a result of excess purge of the main engine stage and high temperature (up to 1200 K) create conditions in the receiver for burning out products of incomplete combustion of SN and CO fuel. The time to ensure high-quality combustion of CH and CO is determined by the geometric dimensions of the receiver.

Claims

1. VIBRATION-ROTOR ENGINE-COMPRESSOR, comprising a housing, a compressor section, a double-acting working section and a power supercharger section, each of which is equipped with inlet and outlet channels and shut-off bodies and is made in the form of an annular cavity with a swinging piston located in it and connected with the housing is a stationary dividing sector, and the piston of each section is mounted on a common shaft located coaxially with the annular cavities, the outlet channels of the compressor are in communication with the inlet channels of the working sec ii, and the inlet channels of the supercharger with the consumer, characterized in that it is equipped with an expansion section with inlet and outlet channels and a swinging piston that is mounted on a common shaft, and a gas receiver in communication with the outlet channels of the working section and the inlet channels of the expansion section, inlet openings the outlet channels of the working section are located on the cylindrical surface of its annular cavity symmetrically with respect to the plane of the sector, and s valves.

2. The engine according to claim 1, characterized in that fuel nozzles are installed in the chambers of variable volume of the working section.