Предлагается схема парового двигателя на основе бесшатунного механизма с нагревом головки поршня горячими газами и с устройством, обеспечивающим защиту масла от водяного пара.
Suggest a steam engine scheme on basis without-connecting-rod mechanism with heating a piston head hot gas and appliance to provide protection grease oil from water steam.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бесшатунный механизм, водяной пар, цилиндр, поршень, противодавление, газовый стык, паровой двигатель.

Человечество вступило в эпоху развития компьютерных и нанотехнологий. А развитие двигателестроения затормозилося. Причина в кривошипношатунному механизме (КШМ). Последний выступает как сдерживающий фактор совершенствования двигателей. В двигателях внутреннего сгорания уже отказались от распределительных валов. Их заменили пьезоелектронним управлением клапанами и форсунками. Время пришло отказаться и от КШМ. Вместо него предлагается бесшатунном механизм / 1 /, который даст новый толчок в развитии двигателестроения. Такой механизм позволит отключать от работы те, или другие цилиндры (поршни в них не будут перемещаться) в зависимости от режима работы двигателя: при разгоне и при движении с нагрузкой работать все цилиндры; при наборе скорости можно уменьшить частоту рабочих ходов / 2 /, или уменьшить количество рабочих цилиндров двигателя; при работе на холостом ходу также можно уменьшить количество рабочих цилиндров. Это обеспечит высокую экономию топлива. Кроме того, использование бесшатунном механизма / 1 / позволит создать двигатель внешнего сгорания - паровой двигатель (ПД) нового поколения.

Известный ПД / 3 /, который имеет "горячий" и "холодный" цилиндры. Порция воды в нем превращается в пар внутри "горячего" цилиндра, контактируя с горячей головкой поршня. Происходит рабочий ход. В нижней мертвой точке поршней (они движутся синхронно) открывается канал соединяющий оба цилиндры. Водяной пар перетекает из "горячего" в "холодный" цилиндр где и конденсирует. Возникает разрежение в цилиндрах и выполняется работа при перемещении поршней вверх.

Нагрев головки поршня обеспечивается горячими газами сжигаемого в котле горючего. Для этого использованы механизм М. Бельдия / 4 /.

Однако указанный механизм не позволяет надежно закрепить шток недвижимого поршня. Кроме того в этом ПД не обеспечена защита масла картера от накопления воды, попадающей туда через газовый стык поршня и цилиндра.

На рис.1 показана схема ПД с нагревом головки поршня в "горячем" цилиндре горячими газами. Головкой 3 подвижного поршня 4 в "горячем" цилиндр 5 нагревается горячими газами, для этого подвижной поршень 4 имеет подвижный цилиндр 20 в котором находится неподвижный поршень 6 полый шток 7 с теплоизоляционным кожухом 9 которого проходит через вал 8 и упирается в фланец 14. Вал 8 имеет кольцевую канавку 19 плоскость которой наклонена под углом 45 ° к оси вала 8 и вращается на 360 °, и с помощью шарика 1 перемещает подвижный поршень 4 и наоборот. От прокручивания подвижной поршень 4 стопорится шариком 2, движущейся по спрямивний 12. Шестернями 15 и 17 усилия от вала 8 передается на ведущий вал 16. Полость подвижного цилиндра 20 соединена с рубашкой 11 обогрева "горячего" цилиндра 5 с помощью канала 21 в штоке 7 недвижимого поршня 6 и трубы 13.

Работа механизма происходит следующим образом. При вращении вала 8 шарика 1 движется по канавке 19 и перемещает подвижный поршень 4 в цилиндре 5. В обратном направлении подвижной поршень 4 передает усилие на шарик 1 какая двигаясь по канавке 19 прокручивает вал 8 и ведущий Вал 16 шестернями 15 и 17.

Перемещение подвижного поршня 4 до верхней мертвой точки (влево) сопровождается возникновением разрежения в подвижном цилиндре 20. При этом горячие газы из рубашки 11 обогрева горячего цилиндра 5 попадают через трубу 13 и канал 21 в штоке 7 недвижимого поршня 6 в полость подвижного цилиндра 20 нагревая головки 3 подвижного поршня 4. На обратном пути подвижного поршня 4 газы выталкиваются в рубашку 11.

Но как же защитить масло в картере ПД от водяного пара? Этот вопрос постоянно беспокоило меня. Оппоненты забивали гол в мои ворота. Собственно, из-за этой проблемы все варианты ПД с впрыском воды в цилиндр после возгорания бензиновой смеси, предлагал еще Н. Отто не нашли широкого применения. Похожая судьба ждала и на мои изобретения.

Однажды позвонил патентному поверенному по Хмельницкой области Ярославу Ващуку и пожаловался, что не могу решить эту проблему. Он успокоил меня: "Можно патентовать изобретения, а эту задачу разрешить в виде ноу хау".

Так и произошло. Работая по хозяйству - заготавливая дрова пришла идея - создать противодавление в газовом стыке поршня и цилиндра.

Схема защиты масла в картере ПД от водяного пара показано на рис. 1. Для этого подвижной 4 и неподвижный 6 поршней имеют кольцевые канавки (a) и (d) соответственно, по кругу поршней между компрессионными кольцами. Плоскости канавок перпендикулярные к оси поршней 4 и 6 и связаны с помощью радиального канала (t) в подвижном поршни 4, канала (b) в подвижном цилиндре 20 и каналов (c) и (e) в неподвижном поршни 6 и трубки 10 ( закреплена в неподвижном поршни 6 и в фланцы 14) с напорной магистрали компрессора. Причем ось канала (c) на поверхности неподвижного поршня 6 параллельная оси недвижимого поршня 6. Длина канала (c) равна величине хода подвижного поршня 4 плюс величина диаметра канала (b) в подвижном цилиндре 20. Канал (b) контактирует с канавкой (c) на поверхности неподвижного поршня 6.

Работа устройства происходит следующим образом. Сжатый воздух от компрессора подается через трубку 10, канал (e) в неподвижном поршни 6 в кольцевую канавку (d) в неподвижном поршни 6. Далее сжатый воздух попадает в кольцевую канавку (a) подвижного поршня 4 через канал (c) на поверхности неподвижного поршня 6 и канал (b) в подвижном цилиндре 20. В кольцевых канавках (a) и (d) создается избыточное давление, которое не допустит прорыва водяного пара и горячих газов в картер 18 ПД.

На рис.2, а показано положение уплотнительных колец 22 при движении подвижного поршня 4 вправо. На рис.2, с - при движении подвижного поршня 4 влево. На рис 2, в - при прохождении подвижным поршня 4 мертвых точек. Наиболее благоприятным моментом для прорыва газового стыка водяным паром в картер ПД является момент прохождения подвижным поршня 4 мертвых точек. В этот момент раскрывается газовый стык.

Давление воздуха в газовом стыке должен быть не меньше давления водяного пара.

Противодавление воздуха в газовом стыке защитит от проникновения масла из картера ПД в основной цилиндр 5, т.е. в воду.

Масло в картере ПД нагреваться и при попадании туда воздуха самозайматиметься. Поэтому желательно вместо воздуха использовать углекислый газ.

Похожая схема защиты от прорыва водяного пара в картер и для ПД с тепловым насосом и для двигателя Стерлинга, что не допустит потери рабочего тела. Кроме того использование описанного устройства позволит применить в качестве рабочего тела двигателя Стерлинга и теплового насоса газ гелий. Это значительно улучшит характеристики двигателя.

Указанная конструкция обеспечивает высокую компактность ПД и наиболее полное использование энергии водяного пара, а также не допустит прорыва водяного пара в картер.

Литература:
1. Федосеев В.Г. Двухступенчатый бесклапанным компрессор на основе планетарнопоршневого механизма. //Журнал «Изобретатель и рационализатор» 2010 .- № 5-с.14-15.
2. Андрей Ильчук. История одного Украинского изобретения //Журнал «Изобретатель и рационализатор» 2009 .- № 4-с.24-29.
3. Федосеев В.Г. Опять пришло время ... для парового двигателя //Журнал «Изобретатель и рационализатор» 2010 .- № 5-с.20-23.
4. «Обратимы преобразователь направления движения и машина объемного вытеснения на его основе». Международная заявка на изобретение WO 96/31684 от 10 октября 1996 года. UA.