RU2008465C1

RU2008465C1 - Power unit

Info

Publication number: RU2008465C1
Application number: SU884461020A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Андреев
Original assignee: Владимир Алексеевич Андреев
Priority date: 1988-07-15
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: power units. SUBSTANCE: power unit has rod-has-piston cylinders combined in single unit and arranged over perimeter of hat-shaped case; they are set in motion by shaft with inclined sectional disk. Fuel and water pumps mounted radially and equally spaced from shaft axis feed their respective injectors in cylinders by means of cam of drive shaft; cylinder spaces above pistons have gas outlet channel and vessel with valve loaded with adjustable-stiffness spring through eccentric which is controlled by rope linked with screw mechanism. Power plant has in addition cylinder water shut-off mechanism made in the form of angular pushers with spring-loaded collapsible leg with castor where collapsible leg held down by turning spring-loaded bush in case controlled by means of rope and draw-out rod, the latter being held in position. EFFECT: improved design. 13 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к двигателестроению, а именно к силовым установкам, использующим в качестве рабочего тела парогазовую смесь. The invention relates to the field of engineering, in particular, to engine building, and in particular to power plants using a vapor-gas mixture as a working fluid.

Цель изобретения - повышение эффективности путем снижения весогабаритных показателей и расширения диапазона применения. The purpose of the invention is to increase efficiency by reducing weight and dimensions and expanding the range of applications.

На фиг. 1 изображена схема описываемой установки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2. In FIG. 1 shows a diagram of the described installation; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 is a section BB of FIG. 2.

Силовая установка содержит корпус 1, раздельные части которого (верхняя и нижняя) скреплены болтами 2. В центральной части корпуса установлены подшипники 3, создающие опору валу 4, на котором установлен наклонный разъемный диск 5. По периметру диска выполнена канавка, в которой могут свободно катиться шары 6 с отверстиями. В отверстии каждого шара свободно вставлен палец 7, а его противоположный конец жестко закреплен на штоке 8. The power plant includes a housing 1, the separate parts of which (upper and lower) are fastened with bolts 2. In the central part of the housing are bearings 3, which support the shaft 4 on which the inclined split disk 5 is mounted. A groove is made around the disk perimeter, in which they can roll freely 6 balls with holes. Finger 7 is freely inserted in the hole of each ball, and its opposite end is rigidly fixed to the rod 8.

На концах штока установлены поршни 9, которые разделяют полость цилиндра 10 на две части и совершают возвратно-поступательное движение. Цилиндры закрыты крышкой 11 и закреплены по периметру корпуса 1. Ниже средней части каждого цилиндра на его стенке выполнен впускной канал 12, который закрыт крышкой 13 с обратным клапаном 14 и подпружинен пружиной 15. Выше по стенке цилиндра выполнены выхлопные окна 16, а на противоположной стенке выполнены продольные канавки 17, причем в верхней части канавки выполнены в виде косого наклона. На каждом поршне, прилегающем к продольным канавкам, выполнен косой срез 18. На стенке каждого цилиндра выполнен газоотводящий канал 19, который закрыт заслонкой 20. В заслонке выполнено отверстие, закрытое газоотводящим клапаном 21, заслонка закрыта крышкой 22, свободное пространство между заслонкой и крышкой имеет канал в емкость 23, выполненную в виде соединенных труб с предохранительным клапаном 24, а выпускная труба перекрыта краном 25. На хвостовой части газоотводящего клапана 21 установлен колпак 26, подпружиненный пружиной 27, которая закрыта крышкой 28. В крышке установлен упор 29, один конец которого выведен в отверстие крышки, другой конец при сжатом состоянии пружины может упираться на колпак. Упор поджимается эксцентриком, который выполнен цельным и вместе с блоком образует блок-эксцентрик 30. At the ends of the rod are installed pistons 9, which divide the cavity of the cylinder 10 into two parts and make a reciprocating motion. The cylinders are closed by a cover 11 and secured around the perimeter of the housing 1. Below the middle part of each cylinder, an inlet channel 12 is made on its wall, which is closed by a cover 13 with a check valve 14 and spring-loaded 15. Exhaust windows 16 are made above the cylinder wall, and on the opposite wall made longitudinal grooves 17, and in the upper part of the grooves are made in the form of an oblique inclination. On each piston adjacent to the longitudinal grooves, an oblique cut is made 18. On the wall of each cylinder there is a gas outlet channel 19, which is closed by a valve 20. A hole is made in the valve, closed by a gas valve 21, the valve is closed by a cover 22, the free space between the valve and the cover has the channel into the container 23, made in the form of connected pipes with a safety valve 24, and the exhaust pipe is blocked by a valve 25. A cap 26 is installed on the rear of the gas exhaust valve 21, spring-loaded 27, which is closed and a cover 28. The cover stop 29 is mounted, one end of which is displayed in the opening of the lid, the other end of the spring when compressed state can abut on the cap. The emphasis is pressed by an eccentric, which is made integral and together with the block forms a block eccentric 30.

Блок-эксцентрик подвижно установлен на оси 31 и подпружинен пружиной 32. С двух сторон от разъемного диска на валу жестко установлены втулки 33, каждая с кулачком 34. На корпусе жестко установлены топливные насосы 35 высокого давления (один насос для каждого цилиндра), которые приводятся в действие посредством толкателя 36 с колесиком 37. Толкатель подвижно установлен на оси 38, а его колесико контактирует с поверхностью втулки 33. В верхней части каждого цилиндра установлены форсунка 39 для впрыска топлива и форсунка 40 для впрыска воды. Крышка 41 скреплена с корпусом, закрывает подшипники, предотвращает осевое смещение поворотной втулки 42, фиксирует неподвижный конец пружины 43, поджимающей поворотную втулку. В верхней части крышки установлена втулка 44, способная поворачиваться, которая от осевого смещения зафиксирована кольцом 45, с внутренней стороны крышки жестко установлены водяные насосы 46 высокого давления. Каждый водяной насос смещен в плоскости на α градусов по отношению к топливному насосу высокого давления по ходу вала (фиг. 2). От оси вала насосы одинаково удалены. Толкатель 47 установлен подвижно на оси 48, его опорная часть имеет складную ножку 49 с колесиком 50 и подпружинена пружиной 51. The eccentric block is movably mounted on the axis 31 and is spring-loaded with a spring 32. On both sides of the split disk, the bushings 33 are rigidly mounted on the shaft, each with a cam 34. High pressure fuel pumps 35 (one pump for each cylinder) are rigidly mounted in action by means of a pusher 36 with a wheel 37. The pusher is movably mounted on the axis 38, and its wheel is in contact with the surface of the sleeve 33. At the top of each cylinder there is a nozzle 39 for fuel injection and a nozzle 40 for water injection. The cover 41 is attached to the housing, closes the bearings, prevents axial displacement of the rotary sleeve 42, fixes the fixed end of the spring 43, which compresses the rotary sleeve. A rotatable sleeve 44 is installed in the upper part of the cover, which is fixed by the ring 45 from axial displacement, and high pressure water pumps 46 are rigidly mounted on the inside of the cover. Each water pump is offset in the plane by α degrees with respect to the high-pressure fuel pump along the shaft (Fig. 2). Pumps are equally distant from the shaft axis. The pusher 47 is mounted movably on the axis 48, its supporting part has a folding leg 49 with a wheel 50 and is spring-loaded by a spring 51.

Складная ножка под усилием пружины способна занять осевое положение по отношению к насосу, упираясь упором 52 на выступ толкателя. Максимальный ход толкателя ограничен упором 53. На поворотной втулке 42 выполнены окна 54, через эти окна проходят складные ножки с колесиком, которые способны контактировать с поверхностью втулки 33. Поворотная втулка 42 поднимает ножку толкателя, на ней закреплен канат 55 (фиг. 1), другой конец которого посредством блоков 56 выведен на вытяжной шток 57 и закреплен. The collapsible leg under the force of the spring is able to take an axial position with respect to the pump, abutting against the pusher protrusion 52. The maximum stroke of the pusher is limited by a stop 53. Windows 54 are made on the rotary sleeve 42, folding legs with a wheel pass through these windows, which are able to contact the surface of the sleeve 33. The rotary sleeve 42 lifts the push rod, rope 55 is fixed on it (Fig. 1), the other end of which, through blocks 56, is brought to the exhaust rod 57 and secured.

Шток зафиксирован штифтом 58. Подвижная часть устройства закрыта кожухом 59, на ее стенке установлен винтовой механизм 60, который по направляющим стойкам 61 перемещает планку 62. На планке закреплены канаты 63, каждый противоположный конец его посредством блока 64 и отверстия 65 (фиг. 3) в корпусе выведен, намотан и закреплен на втулке 44 (фиг. 1). На этой втулке выше закреплены и намотаны канаты 66, противоположные концы которых посредством блоков (блоки на чертежах не показаны) выведены и намотаны каждый на свой блок-эксцентрик 30. The rod is fixed by a pin 58. The movable part of the device is closed by a casing 59, a screw mechanism 60 is installed on its wall, which moves the bar 62 along the guide racks 61. Ropes 63 are fixed to the bar, each opposite end of it through block 64 and hole 65 (Fig. 3) in the housing displayed, wound and mounted on the sleeve 44 (Fig. 1). On this sleeve above, ropes 66 are fixed and wound, the opposite ends of which through blocks (blocks not shown in the drawings) are brought out and wound each on its own eccentric block 30.

Силовая установка работает следующим образом. The power plant operates as follows.

При принудительном вращении вала 4, установленного на подшипниках 3, вместе с валом вращается наклонно установленный разъемный диск 5, при этом шары 6 свободно катятся в канавках разъемного диска, а свободно вставленный в шар палец 7 передает усилие на шток 8, который с установленными на концах поршнями 9 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндрах 10, т. е. вращательное движение вала преобразуется в возвратно-поступательное движение штоков и поршней, и наоборот. При движении поршня вверх в цилиндре под поршнем образуется разрежение, обратный клапан 14 открывается и объем под поршнем заполняется воздухом (фиг. 4). При движении поршня вниз обратный клапан закрывается. В начале движения поршня вниз воздух под поршнем будет сжиматься, а затем над поршнем откроются выхлопные окна 16 и продольные канавки 17, сжатый воздух из-под поршня по продольным канавкам устремится в объем над поршнем. Причем в результате косого среза 18, выполненного на поршне, и косого наклона на выходе продольных канавок в цилиндре сжатая струя воздуха устремится направленно в верхнюю часть объема над поршнем, а имеющиеся газы в объеме выдуваются в выхлопные окна в атмосферу. При движении поршня вверх поршень перекроет выхлопные окна и продольные канавки, воздух начнет сжиматься в цилиндре над поршнем. Усилие пружины 27 газоотводящего клапана 21 должно быть больше давления на клапан в момент сжатия воздуха в данной точке поршня. When the shaft 4 mounted on bearings 3 is forced to rotate, an inclined detachable disk 5 rotates together with the shaft, while the balls 6 freely roll in the grooves of the detachable disk, and the finger 7 freely inserted into the ball transfers force to the rod 8, which is installed at the ends pistons 9 makes a reciprocating motion in the cylinders 10, i.e., the rotational movement of the shaft is converted into reciprocating motion of the rods and pistons, and vice versa. When the piston moves upward in the cylinder, a vacuum forms under the piston, the check valve 14 opens and the volume under the piston is filled with air (Fig. 4). When the piston moves down, the check valve closes. At the beginning of the piston's downward movement, the air under the piston will be compressed, and then the exhaust windows 16 and the longitudinal grooves 17 will open above the piston, the compressed air from under the piston will rush into the volume above the piston along the longitudinal grooves. Moreover, as a result of the oblique cut 18 made on the piston and the oblique inclination at the exit of the longitudinal grooves in the cylinder, the compressed air stream will rush directed to the upper part of the volume above the piston, and the available gases in the volume will be blown into the exhaust windows into the atmosphere. When the piston moves up, the piston will block the exhaust windows and longitudinal grooves, air will begin to compress in the cylinder above the piston. The force of the spring 27 of the exhaust valve 21 should be greater than the pressure on the valve at the moment of air compression at this point of the piston.

При достижении поршнем верхней точки кулачок 34 на втулке 33 набежит на колесико 37 толкателя 36, который приведет в действие топливный насос 35 высокого давления и одновременно сработает форсунка 39 для впрыска топлива, которая впрыснет топливо в сжатую среду над поршнем. Горючее воспламенится, образуется газовое давление, под напором которого поршень совершит рабочий ход вниз до выхлопных окон 16. When the piston reaches the upper point, the cam 34 on the sleeve 33 will run onto the wheel 37 of the pusher 36, which will drive the high-pressure fuel pump 35 and at the same time, the nozzle 39 for injecting fuel, which will inject fuel into the compressed medium above the piston, will operate. The fuel will ignite, gas pressure is generated, under the pressure of which the piston makes a working stroke down to the exhaust windows 16.

Отработавшие газы устремятся в атмосферу. Дальнейшее движение поршня произойдет за счет разъемного диска и работы других поршней. Поршни, закрепленные на разных концах одного штока, работают в противофазе, а поршни, расположенные против верхней и нижней частей разъемного диска, работают синхронно, создают пару сил, вращая вал. Вращение вала повторяет циклы работ в каждом цилиндре, создавая суммарный крутящий момент на валу. Разъемный диск одновременно является и маховиком, сглаживает момент вращения вала. Когда двигатель прогреется, для образования парогазового давления необходимо включить в работу водяной насос 46 высокого давления. Для этого надо вытащить штифт 58, шток 57 переместится влево до упора, канат 55 натянется, втулка 42 под усилием пружины 43 повернется в исходную позицию, откроются окна 54. Под усилием пружины 51 складная ножка 49 толкателя 47 выпрямится и упрется упором 52 на выступ толкателя, а колесико 50, набегая на кулачок 34 втулки 33, приведет в работу водяной насос 46 высокого давления, одновременно сработает форсунка 40 для впрыска воды, которая впрыснет порцию воды в камеру над поршнем. В горячей газовой среде пылевидная вода испаряется, превращаясь в пар. Впрыснутая в камеру вода, испаряясь, создает дополнительное давление на поршень, при этом температура сжатой среды дополнительно снижается на парообразование. При впрыскивании воды в камеру поршень совершает рабочий ход при более высоком среднем давлении, чем без воды, а в атмосферу уходит остаток давления при меньшей температуре. Exhaust gases will rush into the atmosphere. Further movement of the piston will occur due to the split disk and the operation of other pistons. Pistons mounted on opposite ends of the same rod work in antiphase, and pistons located opposite the upper and lower parts of the split disk work synchronously, create a couple of forces by rotating the shaft. The rotation of the shaft repeats the cycles of work in each cylinder, creating the total torque on the shaft. The detachable disk is also a flywheel at the same time, it smoothes the torque of the shaft. When the engine warms up, to generate steam and gas pressure, it is necessary to turn on the high pressure water pump 46. To do this, pull the pin 58, the rod 57 will move to the left to the stop, the rope 55 will stretch, the sleeve 42 under the force of the spring 43 will rotate to its original position, the windows 54 will open. Under the force of the spring 51, the folding leg 49 of the pusher 47 will straighten and abut against the push rod 52 and the wheel 50, running onto the cam 34 of the sleeve 33, will activate the high pressure water pump 46, at the same time the nozzle 40 will operate to inject water, which will inject a portion of water into the chamber above the piston. In a hot gas environment, dusty water evaporates, turning into steam. The water injected into the chamber, evaporating, creates additional pressure on the piston, while the temperature of the compressed medium is further reduced by vaporization. When water is injected into the chamber, the piston makes a stroke at a higher average pressure than without water, and the remainder of the pressure at a lower temperature goes into the atmosphere.

Для перевода работы силовой установки в режим двигателя - генератора парогазового давления или в режим генератора парогазового давления необходимо винтовым механизмом 60 переместить планку 62 вправо от стенки кожуха 59. Закрепленный на планке канат 63 другим концом наматывается на втулку 44. На этой втулке канаты 66, разматываясь, наматываются каждый на свой блок-эксцентрик 30. Усилие для наматывания каната создает каждая пружина 32, поворачивающая блок-эксцентрик на оси 31. Упор 29 под действием пружины 27 переместится в сторону эксцентрика. При этом газоотводящий клапан 21 посредством колпака 26 пожимается только пружиной 27. При выполнении этих требований двигатель начинает работать в режиме генератора парогазового давления. Происходит это следующим образом. To transfer the operation of the power plant to the engine-steam-gas pressure generator mode or to the gas-vapor pressure generator mode, it is necessary to move the strip 62 to the right of the casing wall 59 with a screw mechanism 60. The rope 63 fixed on the strip is wound onto the sleeve 44 with the other end. On this sleeve, the cables 66 are unwound each wound onto its own eccentric block 30. Each spring 32 creates a force for winding the rope, which rotates the eccentric block on axis 31. The emphasis 29 under the action of the spring 27 will move to the eccentric side. In this case, the exhaust valve 21 by means of the cap 26 is pressed only by the spring 27. When these requirements are met, the engine starts to work in the mode of the gas-vapor pressure generator. It happens as follows.

В цилиндре сохраняется последовательность работ как при режиме работы двигателя при впрыскивании воды в цилиндр, но теперь по прохождении поршнем начала канала 19 давлением парогаза открывается газоотводящий клапан 21 и газы устремляются в емкость 23. Значительная часть газов уходит в емкость 23, по ходу поршня объем увеличивается, давление над поршнем падает, пружина 27 закрывает отсечной клапан. Оставшиеся газы перемещают поршень дальше вниз, открываются выхлопные окна 16 и газы удаляются в атмосферу. При этом часть энергии газов, перепущенных в емкость 23, может расходоваться на вспомогательные работы устройства, например на сжатие воздуха, работу насосов и т. д. Перемещая винтовым механизмом 60 планку 62 влево или вправо, поворачиваем синхронно блоки-эксцентрики 30, т. е. посредством упора 29 регулируется распределение давления в цилиндре и емкости. (56) Авторское свидетельство СССР N 1330343, кл. F 02 B 27/08, 1987. The sequence of work is preserved in the cylinder as in the engine operating mode when water is injected into the cylinder, but now, when the piston passes through the beginning of the channel 19, the gas exhaust valve 21 opens and the gases flow into the reservoir 23. A significant portion of the gases goes into the reservoir 23, the volume increases along the piston , the pressure above the piston drops, the spring 27 closes the shut-off valve. The remaining gases move the piston further downward, the exhaust windows 16 open, and the gases are removed to the atmosphere. At the same time, part of the energy of the gases transferred to the tank 23 can be spent on auxiliary operations of the device, for example, on air compression, pump operation, etc. Moving the bar 62 to the left or right by the screw mechanism 60, we turn the eccentric blocks 30 synchronously, i.e. . by means of an abutment 29, the pressure distribution in the cylinder and the container is regulated. (56) Copyright certificate of the USSR N 1330343, cl. F 02 B 27/08, 1987.

Claims

1. POWER PLANT, comprising a vertical shaft with an inclined disk mounted on it, provided with an annular groove, balls with holes located in the groove, cylinders, each of which has a piston rod with pistons at its ends, separating the lower and upper parts of the cylinders into the over-piston and piston cavities, with piston bottoms made with oblique sections, each of the piston cavities is equipped with an exhaust channel, each of the piston cavities has an inlet channel with a spring-loaded valve, each of the upper and lower parts of cylinders is provided with a bypass channel made in the cylinder wall and connecting the over-piston and under-piston cavities, fingers articulated with rods are installed in the holes of the balls, and nozzles for injecting water and fuel are installed in the over-piston cavities, respectively connected kinematically to water supply pumps and fuel pumps associated with the cam shaft, characterized in that, in order to increase efficiency by reducing weight, overall dimensions and expanding the range of application, the installation additionally neighs gas valves, equipped with springs of adjustable stiffness and eccentrics, an exhaust rod, a screw mechanism and control ropes, the cylinders being combined into a cylindrical block and placed around its perimeter, fuel pumps and water supply pumps are installed at the same distance from the axis of the block, and the over-piston cavities made with gas exhaust channels, a gas exhaust valve is placed in each channel, and the eccentric of this valve is connected to the screw mechanism by a control cable.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it further comprises a mechanism for shutting off the water supply to the cylinders, made in the form of angular-shaped pushers, rollers and spring-loaded bushings, each of the rollers mounted on one end of the pusher and kinematically connected to the cam shaft, the end face of the pusher, opposite the roller, is adjacent to the spring-loaded sleeve, which is controlled by a rope associated with the exhaust rod.