Предлагается схема парового двигателя на основе бесшатунном механизма с нагревом головки поршня тепловым насосом.
Suggest a steam engine scheme on basis without-connecting-rod mechanism with heating a piston head the thermal pump.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бесшатунном механизм, тепловой насос, цилиндр, поршень, водяной пар, паровой двигатель.

В начале XXI века изобретен новейший паровой двигатель (ПД). Его родиной стала независимая Украина, в частности Подольская земля. ПД не только экономить топливо на транспортных машинах, но и позволит использовать самые дешевые и доступные виды топлива. Кроме того разработан ПД будет экологически чистым в работе чем существующие двигатели внутреннего сгорания. Во-первых, горючее в ПД будет полнее сгорать. Во-вторых, новейшему ПД не нужны высокооктановые сорта бензина, содержащие вредные вещества-присадки.

Известно, что развитие науки и техники происходит по спирали. Часто мы возвращаемся к старому давно забытого. Возвращаемся на новой более высокой ступеньке. Так произошло и в моем случае - пришлось вернуться в XVII - XIX века - эпохи развития паровых машин.

Прямолинейный и зворотньопоступальний движение поршня в этих двигателях превращается во вращательное движение колеса и наоборот с помощью кривошипношатунного механизма (КШМ). Шатун давил на поршень, наклоняясь терся по стенкам цилиндра. Это сопровождалось сносом деталей. Для уменьшения трения поршень в паровой машине имел спрямивну (крейцкопфа).

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), что вытеснили паровую машину из-за ее крайне низкого коэффициента полезного действия (от 1 до 20%) позаимствовали у нее КШМ. Поэтому и у них на поршне действуют боковые силы. Частота вращения коленчатого вала ДВС по сравнению с паровой машиной возросла в 2-3 раза. На детали КШМ ДВС увеличились нагрузки из-за неравномерности движения, так как, наряду с другими причинами, главная деталь этого механизма "шатаеться". Для устранения неравномерности движения устанавливают уравновешивающие механизмы, которые несколько уменьшают вибрации двигателя. Но это приводит к росту массы последнего.

Неудивительно, что мысль изобретателей направлена ??на создание надежных бесшатунном двигателей. Это и роторный двигатель Ванкеля. Это и бесшатунном двигатель Баландина и другие.

Почему они не нашли широкого применения?

Двигатель Ванкеля "не пошел" потому, что не давал ощутимых преимуществ перед существующими. А кто себе в убыток будет перенастраивать производство и сервис которые настроены на двигатели с КШМ?

В бесшатунном двигателе Баландина говорилось бы не должны действовать боковые силы, но наоборот они здесь проявились еще больше. Пришлось установить крейцкопфа, что затормозило широкое использование этого двигателя.

И вот в 1996 году подольский изобретатель президент фонда "Новотех" Николай Николаевич Бельдий запатентовал "обратный преобразователь направления движения и машину объемного вытеснения на его основе". Ученые предсказывали большое будущее этому механизму.

Простая замена КШМ механизмом Бельдия оказалась невозможной. Потребовалось новое изобретение.

Автору этих строк посчастливилось сотрудничать с Николаем Николаевичем в течение 1997 - 2000 годов. Следующих десяти лет (2001 - 2010 годы) прошли в продуктивном творческом поиске. В результате создан механизм, который позволяет полностью отказаться от КШМ в компрессорах, тепловых насосах и ДВС. При этом используется рабочая пара поршень-цилиндр.

Надежность последней проверена на существующих двигателях и отказываться от нее некстати.
ДВС имеют еще один существенный недостаток - топливо в них не успевает полностью сжигаться. В атмосферу выбрасываются вредные вещества, что существенно влияет на загрязнение окружающей среды тем более что автопарк на земном шаре постоянно увеличивается, тай экономичность ДВС уже не удовлетворяет автомобилистов. Поэтому двигателестроители развитых стран мира ведут конкурентную борьбу за первенство в создании двигателя внешнего сгорания. Самый экономичный такой двигатель - Стирлинга, который был запатентован еще в 1816 году. Но приспособить его к автомобилю не удается так как он имеет большие габаритные размеры, малую удельную мощность и вяло набирает обороты.

Нами (третьим изобретателем есть мой сын Владимир, работает инженером энергетиком) разработан новейший ПД именно внешнего сгорания. От паровой машины он отличается тем, что в ПД порция воды превращается в пар внутри "горячего" цилиндра, а не в котле паровой машины (рис.1). Расширяясь водяной пар перемещает поршень 4 вниз и выполняет работу. В конце хода поршня 4 открывается канал <а> соединяющий "горячий" цилиндр 5 с "холодным" 8 где и конденсирует водяной пар. Возникает разрежение в обоих цилиндрах. Поршни синхронно перемещаются вверх и снова занимаются. В результате энергия пара используется максимально эффективно.

Использованная вода выталкивается в емкость для ее хранения.

Для полного превращения порции воды в пар необходимо греть не только "горячий" цилиндр, но и головку поршня. Кроме того необходимо, чтобы поршни обоих цилиндров были в мертвых точках некоторый отрезок времени неподвижны, так как вода кипит относительно медленно.
Все это обеспечивает использование нового бесшатунном механизма. На него подана заявка на изобретение № а200913701 от 28 декабря 2009. Заявка проходит экспертизу в Украинском институте промышленной собственности. Изготовлена ??действующая модель нового механизма и проверена на практике его работа.

В статье "Снова пришло время ... для парового двигателя" (журнал "Изобретатель и рационализатор" № 5 за 2010 год) раскрыто способ нагрева головки поршня горячими газами. Предлагаю еще и способ нагрева головки поршня "горячего" цилиндра и охлаждения головки поршня "холодного" цилиндра тепловым насосом (ТН).

В ТН используется обратный цикл Стирлинга, т.е. если приводить в движение двигатель Стирлинга с помощью любого внешнего источника энергии то "горячий" цилиндр будет охлаждаться, а "холодный" - нагреваться. Если при этом разогреть "горячий" цилиндр (например, окружающим воздухом), то холодный цилиндр будет разогреваться до более высокой температуры. Так работает насос в режиме нагрева, он может работать и в режиме криокулера охлаждение головки поршня. При этом внешняя энергия идет не непосредственно на нагрев, а на "перекачку" тепла из холодного места в более теплое, более эффективно.

Рассмотрим конструкцию ПД с ТН. Он состоит (см. рис.2) с ведущего вала 10, который находится в сцепленные с валом 1 посредством (например) конической пары 11. Вал 1 вращается на 360 °. Он имеет кольцевые канавки 3 (внешняя) и 2 (внутренняя). Плоскости этих канавок обращены друг относительно друга на 90 °. От взаимного расположения этих канавок и зависит режим работы насоса - нагрев или охлаждение поршня 4. Плоскости кольцевых канавок наклонены к оси вала 1 под углом 45 °. Внешняя кольцевая канавка 3 перемещает большой поршень 4, а внутренняя 2 - малый поршень 6. Последний имеет цилиндр в котором находится неподвижный поршень 8, шток которого проходит через полый вал 1 и упирается в фланец 12. От проворота малый поршень 6 стопорится шариками 16, которые двигаются по спрямивним 13 недвижимого поршня 8. Полости подвижного цилиндра 7 и подвижного цилиндра в малом поршни 6 соединены между собой отверстием <а>. Это обеспечивает свободное перемещение рабочего тела с полостей. От проворота большой поршень 4 стопорится шариком 14, движущейся по спрямивний 15. Шестерня 9 соединяет силовые валы соседних цилиндров.

Рассмотрим работу ПД с ТН. При вращении вала 10 (запуск ПД) оборачивается и вал 1 на 360 °. При этом перемещается большой поршень 4 (шариком 17 и внешней кольцевой канавкой 3 вала 1) и поршень 6 (шариком 18 и внутренней кольцевой канавкой 2 вала 1) относительно недвижимого поршня 8 (рис.2). Так когда поршень 6 "находится" в нижней мертвой точке (рис. 3, б) поршень 4 "подходит" к ней (рис. 3, в). Рабочее тело в цилиндрах поршней 4 и 6 сжатый. Дальше идет его расширение (рис. 3, г, а). Происходит впрыск порции воды в цилиндр 5 (головка поршня 4 горячая) и превращения воды в пар (рис. 1). Далее происходит рабочий ход поршня 4.

Таким образом нами разработан новейший паровой двигатель. Он будет тихоходным и с большим крутящим моментом. Кроме того ПД висококомпактний, экономичный и экологически чистый в работе. Он будет иметь больший чем у ДВС диапазон частот вращения вала под нагрузкой. Его внешняя характеристика приближается к идеальной. Автомобилю с паровым двигателем нужна коробка передач всего на две-три передачи вперед и одну назад. Это повысит коэффициент полезного действия их силовой передачи. Облегчится управление такой машиной и повысится безопасность ее движения.

Разработан и ноу хау как не допустить накопления воды в масле картера ПД.

Думаем, что бесшатунном ПД станет главным источником энергии для транспортных средств XXI века.

Паровая машина в свое время открыла дорогу для двигателей с КШМ. Хочется верить, что новейший паровой двигатель откроет эру бесшатунном двигателей, компрессоров и тепловых машин.