Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

Класифікація роторних двигунів | Роторні двигуни - минуле і будещее

  1. 1) Роторні двигуни з нерівномірним різноспрямованим (зворотно-обертальним) рухом основних робочих елементів....
  2. 2) Роторні двигуни з нерівномірним односпрямованим (пульсірующе-обертальним) рухом головного робочого...
  3. 5) Роторні двигуни з простим і рівномірним обертальним рухом головного робочого і всіх інших елементів.
  4. 6) Роторні двигуни з планетарним обертовим рухом головного робочого елементу.
  5. І ще трохи
  6. ТАБЛИЦЯ КЛАСИФІКАЦІЇ
  7. Підводячи підсумок

Ні в традиційній книжково - журнальної літератури, ні в великих покладах інтернет - сайтів немає серйозних і розгорнутих досліджень щодо такої перспективно продуктивної галузі технічних пристроїв як роторні двигуни. Справжній сайт зусиллями його автора спробує заповнити цю прогалину в історії техніки і в сфері її нинішнього розвитку.
Ні в традиційній книжково - журнальної літератури, ні в великих покладах інтернет - сайтів немає серйозних і розгорнутих досліджень щодо такої перспективно продуктивної галузі технічних пристроїв як роторні двигуни

Безроздільно панують сьогодні в світовій техніці поршневі двигуни з лінійним зворотно - поступальним рухом поршня мають величезні недоліки, які неможливо подолати в принципі ніякими конструкційними хитрощами, ніякими «електронними обважуваннями», ніяким тюнінгом. Тому світова технічна думка не менше ста років намагається знайти гідну альтернативу поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Треба сказати, що в області машин з висновком потужності на вал обертання (Не реактивні двигуни) поршневий мотор вже давно витіснено із багатьох сфер застосування. У стаціонарних установках це місце давно і міцно зайняв електричний мотор, а в авіації - газотурбінний двигун, в енергетичних установках великих потужностей - на великих електростанціях і в швидкохідних суднових силових машинах надійно працюють парові турбіни. Треба сказати, що всі ці типи двигунів відносяться до роторних машин - в них головний робочий орган совершаетпростое обертальний рух. З точки зору кінематики механічної схеми і динаміки термодинамічних процесів - це найпростіший, ефективний тип руху. Але ось в області поршневих двигунів внутрішнього згоряння, які безроздільно панують в області мобільних моторів малої і середньої потужності, все ще безальтернативно застосовується малоефективний метод руху основних робочих органів - поршнів в циліндрах по типу зворотно - поступального руху. При цьому подібні мотори для перетворення зворотно - поступального руху поршня в обертальний рух робочого валу використовують кривошипно - шатунний механізм. Головні характеристики такого механізму- висока динамічна навантаженість знакозмінними навантаженнями від зворотно - поступальних рухів, значні розміри і складність у виготовленні. Саме недосконалий спосіб організації технологічних процесів в поршневому двигуні і своєрідний режим роботи кривошипно-шатунного механізму, призводять до поганого (пульсуючому) режиму крутного моменту поршевих моторів. Саме володіння таким неякісним типом крутного моменту вимагає від поршневих ДВС обязательногопрімененія на транспортних засобах коробки передач.
Масовий споживач незадоволений тяговими і стартовими можливостями традиційних поршневих двигунів, тому багато хто з власників автомобілів вдаються до різних типів « тюнінгу двигуна «, Щоб підвищити потужність і прийомистість своїх моторів.

Треба сказати, що подібна організація робочих процесів і типів рухів дісталася сучасним двигунам внутрішнього згоряння від парових машин 19-го століття, які за своєю суттю були вкрай малоефективними машинами, а перші двигуни внутрішнього згоряння в 60-х і 70-х роках позаминулого століття були саме копіями парових машин, які успадкували від паровики дуже багато їх родові недоліки ...
Висловлюючись сучасною мовою - творець першого ДВС французький технік Ленуар в 60-х роках 19-го століття здійснив середньої складності тюнінг парового поршневого двигуна і у нього вийшов поршневий атмосферне ДВС, що працює без стиснення.


Постараємося відповісти на важке запитання - чому ж найбільш масова область техніки - транспортний двигунобудування досі перебувають у становищі заповідника застарілих інженерних рішень і архаїчних конструкцій? І чи можливо світовому технічному прогресу вибратися з цього більш ніж вікового застою?

Відповідь на такі складні питання такий - вибратися з такого незавидного становища можливо, але складно. Саме така початкова складність інженерної задачі і пояснює причину, по якій понад сто років в цій галузі масової техніки застосовуються застарілі та малоефективні, але технологічно легко здійснимі і конструктивно надійні технічні рішення.

Можливість зробити технічний прорив, і вийти на новий рівень інженерних рішень, можливий в області все тих же роторних машин, тобто використовувати принцип простого обертання головного робочого органу, як це використовується в електродвигунах або в силових турбінах. Але вся складність полягає в тому, що організувати робочий цикл з чотирьох тактів повноцінного двигуна внутрішнього згоряння навколо простого обертання головного робочого органу дуже складно. І саме навколо цієї складної інженерної задачі оберталися всі зусилля і творчі пориви конструкторської думки не один десяток років. Але складність теми виявилася настільки велика, що до сьогоднішнього дня масового виведення на ринок роторних двигунів і гідної їх конкуренції з традиційними поршневими двигунами так і не відбулося. Понад прогресивної конструкції роторного двигуна внутрішнього згоряння, яка б за всіма параметрами перевершувала традиційні поршневі мотори до сих пір так і не створено.

Завдання цього сайту його автор бачить саме в тому, щоб дослідити саму можливість вирішення такого завдання, ввести читача в коло вже наявних розробок і перспективних інженерних вишукувань. Ознайомити відвідувачів сайту як зі світовими новаціями на цю тему, так і представити власні розробки в цій галузі.

Класифікація роторних двигунів вельми важлива, так як вона відразу окреслює досить велике коло потенційно можливих конструкцій, і головне - дозволяє з першого кроку вибрати найбільш перспективні та ефективні конструкції серед інших мало працездатних і не технологічних типів роторних машин.

Класифікація роторних двигунів буде викладатися на основі авторського розуміння цієї схеми, яка спирається на систематизацію роторних машин, викладену в різних аспектах в двох досить докладних книгах, які, на жаль, виходили мізерними тиражами, дуже давно і не мали перевидань. Це Акатов, Бологов «Суднові роторні двигуни», Ленінград, 1967р. і Н.Ханін, С.Чістозвонов «Автомобільні роторно - поршневі двигуни», Москва, 1964р.

1) Роторні двигуни з нерівномірним різноспрямованим (зворотно-обертальним) рухом основних робочих елементів.

Даний тип двигуна характеризується тим, що в ньому немає обертання ротора, а відбувається його зворотно - дугові гойдання навколо осі. Процеси стиснення і розширення відбуваються між нерухомими лопатками ротора і статора, які і не дозволяють здійснювати ротора безперервне обертання. За своїми контурами етіот двигун виглядає роторним, але по організації кінематики руху він по суті справи ближче до поршневим машинам з кривошипним механізмом, так як вимагає застосування для перетворення коливання вала під вращетельние особливих складних механізмів. У цьому укладений головний недолік його конструкції, тому дана схема не набула поширення. Крім того в цій схемі можливі ударні зіткнення лопатей між собою.

2) Роторні двигуни з нерівномірним односпрямованим (пульсірующе-обертальним) рухом головного робочого елементу.

Усередині корпусу обертаються два ротори з нерівномірним обертанням, які пульсуючи як би «наздоганяють одне одного». Такти стиснення і розширення відбуваються меджу лопатями цих двох роторів під час їх зближення і видалення. Головний недолік цієї роторної схеми - два валу двох роторів обертаються нерівномірно - ривками, поштовховими імпульсами. Тому потрібне застосування складного, навантаженого знакозмінними навантаженнями механізму для вирівнювання швидкості обертання валів двигуна. Крім того в цій схемі можливі ударні зіткнення лопатей між собою.

3) Роторні двигуни з ущільнювальними заслінками - лопатями, які рухаються роторі здійснюючи зворотно-поступальні або коливаються руху. Окремий випадок - з заслінками - лопатями, що відхиляються на шарнірах на роторі;

Треба сказати, що подібна схема роторних машин давно і широко застосовується в Пневмомотор, де стиснене повітря обертає лопатки таких устройств.Поетому у багатьох інженерів і винахідників при погляді на такі роторні Пневмомотори з'являється зрозуміла думка пристосувати таку машину під двигун внутрішнього згоряння. Для цього потрібно лише вмонтувати такт стиснення в кінематичну схему такої машини. І допитливі змінюють форму внутрішньої камери мотора - виходить теоретична схема, яка на папері цілком може якісно працювати .... Але на практиці все не так просто, реалізація в життя цієї схеми стикається з величезними труднощами. Перша проблема - в умовах високих температур і тисків в ДВС дуже складно забезпечити рухливість лопаток ротора і практично неможливо забезпечити герметичність ліній їх контакту з корсусом ...

При цьому лопатки повинні постійно рухатися - під дією відцентрової сили обертання і пружин або приводом від спеціального механізму - але обидва варіанти реалізувати дуже складно. Тому в техніці досі немає працездатних зразків цього типу роторних двигунів внутрішнього згоряння.

Нижче наведено дві різні теоретичні схеми роторних ДВЗ цього типу, взяті з патентної літератури.
Нижче наведено дві різні теоретичні схеми роторних ДВЗ цього типу, взяті з патентної літератури

4) Роторні двигуни з ущільнювальними заслінками, які рухаються в здійснюючи зворотно - поступальні або коливаються руху корпусі.

Дана схема за принципом роботи схожа на попередню, тільки заслінки - лопаті, що розділяють камери двигуна висуваються не з ротора, а з корпусу. При цьому ротор повинен мати складну форму з лопатями - лопатками, які і будуть сприймати на себе тиск газів, які повинні відсікати від інших обсягів робочої камери лопаткі- заслінки в корпусі. Ця схема має приблизно ті ж принципові недоліки, що і попередня схема.

5) Роторні двигуни з простим і рівномірним обертальним рухом головного робочого і всіх інших елементів.

За своєю концепцією такі схеми двигунів - найбільш перспективні і найбільш технічно досконалі. У таких конструкціях немає жодної деталі здійснює зворотно - поступальні, качательние або планетарно- обертальні рухи. Тому двигуни цього тіппі можуть без праці досягати швидкостей обертання в десятки тисяч обертів на хвилину з відповідним набором потужності. У 19-му столітті були створені кілька типів роторних парових двигунів цієї схеми і вони показували значно кращі характеристики, ніж поршневі парові двигуни.

Але ось працездатних двигунів внутреннго згоряння цієї схеми побудовано не було, навіть на рівнів ідей, відображених в патентних заявках виявлено буквально кілька одиниць, та й ті - малореалізуемих конструкцій.

6) Роторні двигуни з планетарним обертовим рухом головного робочого елементу.

Найбільш відомі широкому загалу роторні двигуни Ванкеля відносяться саме до останньої класифікаційної групи. Про нього мова піде на окремій сторінці цього сайту.

І ще трохи

ТАБЛИЦЯ КЛАСИФІКАЦІЇ


ТАБЛИЦЯ КЛАСИФІКАЦІЇ

Підводячи підсумок

Звичайно, не всі потенційно конструкції різних типів роторних двигунів з представленого переліку мають виражені достоїнствами і мають гарну технічної перспективою. Бо принциповим гідністю роторних моторів - абсолютною відсутністю зворотно-поступальних рухів мають лише роторні машини двох останніх типів - класифікаційних груп № 5) та № 6). Але ось головним і беззастережною перевагою роторних механізмів - повною відсутністю знакозмінних, пульсуючих інерційним навантажень і абсолютної врівноваженістю не володіють навіть роторні двигуни типу Ванкеля. Таке ідеальне положення характерно лише для класифікаційної групи № 5), яку з повним правом і можна назвати досконалим роторним двигуном. Саме з позицій такого досконалого роторного двигуна будуть розглядатися всі переваги моторів роторної схеми і проводиться порівняння, як з традиційними поршневими двигунами, так і з двигунами Ванкеля - роторними моторами з планетарним обертанням головного робочого органа.Тем більше що автор цих рядків прикладає чималі зусилля по реалізації в життя саме такої схеми і сподівається, що йому вдасться створити діючий і промислово придатний двигун внутрішнього згоряння саме такого типу.

І чи можливо світовому технічному прогресу вибратися з цього більш ніж вікового застою?