Silnik RKM

Prosty silnik rotacyjny RKM

Maszyna z tłokiem obrotowym ( niem . Rotationskolbenmaschine ( RKM ) ) to proponowana (wciąż w fazie rozwoju) forma maszyny . Można go zastosować albo do przekształcenia ciśnienia w ruch obrotowy ( silnik ), albo odwrotnie – ruchu obrotowego w ciśnienie ( pompa ). Jest wciąż w fazie rozwoju, ale ma możliwe zastosowania w dziedzinach wymagających pomp oleju, paliwa lub wody, a także pomp do płynów nieściernych, gdy wymagane jest umiarkowane lub wysokie ciśnienie. Na przykład: hydraulika, systemy transportu płynów i gazów, prasy, wtrysk paliwa, nawadnianie, systemy grzewcze, windy hydrauliczne, silniki strumieniowe, silniki hydro- i pneumatyczne oraz pompy medyczne. Wynalazcą maszyny jest Boris I. Schapiro wraz ze współwynalazcami Lwem B. Levitinem i Naumem Krukiem.

Projekt

Wszystkie wersje RKM zawierają komorę roboczą utworzoną z gładko połączonych łuków kołowych. Tłok, ukształtowany odpowiednio do ścian komory, „przeskakuje” od ściany do ściany, wykonując w ten sposób ruch obrotowy. Tłok posiada odpowiednio ukształtowany otwór wyposażony w konstrukcję przekładni, która napędza wał napędowy (lub w niektórych modelach dwa wały napędowe).

Tłok, jego otwór i komora robocza RKM reprezentują w swoich przekrojach figury wieloowalne, które matematycznie należą do klasy figur o jednakowej szerokości. Te wieloowale są figurami nieanalitycznymi z nieciągłą drugą pochodną linii konturowej (krzywizną). Dlatego też, ogólnie rzecz biorąc, trajektorie ich środków krzywizny są również nieanalityczne i w ramach geometrii RKM muszą mieć punkty osobliwe.

W stosunku do tłoka tor osi wału napędowego posiada punkty narożne, które odpowiadają skrajnym położeniom tłoka względem komory roboczej. Nie można uniknąć tych narożników, które reprezentują pojedyncze punkty toru wału napędowego, ani ich zaokrąglić, aby zapewnić kinematycznie zamknięte działanie przekładni.

Powodem, dla którego dotychczas w projektowaniu przekładni nie można było zastosować w praktyce geometrii krzywych o stałej szerokości, jest to, że żadna konwencjonalna konstrukcja przekładni z regularnym toczeniem kół zębatych nie umożliwiłaby dokładnego toczenia osobliwości. RKM rozwiązują ten problem poprzez wprowadzenie układu przekładni sprzężonego odwrotnie , który umożliwia uzyskanie osobliwych torów osi toczących się kół zębatych, a tym samym umożliwia przeniesienie momentu pędu podczas przejścia tłoka przez jego położenia zatrzymania .

Mówiąc najprościej, mechanizm przekładniowy wprowadza poprawki do ruchu tłoka, korygując oś obrotu przy wyjściu z pozycji zderzakowych, tak aby uzyskać płynny ruch.

Możliwe konfiguracje

Teoretycznie nie ma ograniczeń co do liczby „boków”, jakie może posiadać komora robocza. Jednak w praktyce prawdopodobne jest, że stosowane będą konfiguracje zawierające nie więcej niż siedem łuków.

Ponadto w otworze pośrodku tłoka może znajdować się jeden lub dwa wały napędowe.

Oczywiście dokładna konfiguracja każdego modelu zależy od jego zastosowania. Na przykład silniki spalinowe będą wyposażone w zawory wtryskowe i komory dopalania. Nie są one jednak częścią koncepcji RKM.

Aplikacje

Potencjalne obszary zastosowań silników RKM obejmują:

Pompy: pompy średniego, wysokiego ciśnienia i próżni wstępnej do stosowania w maszynach energetycznych, lodówkach, windach, windach, dźwigach, maszynach do budowy dróg, samochodach, samolotach i innych zastosowaniach, w tym do domowych systemów wodociągowych i grzewczych, i badania naukowe.
Sprężarki: sprężarki średnio- i wysokociśnieniowe do szerokiego zakresu zastosowań przemysłowych i konsumenckich.
Silniki „zimne”: silniki hydrauliczne i pneumatyczne do użytku w samochodach, statkach powietrznych, kosmicznych i morskich oraz w wielu innych zastosowaniach w produktach przemysłowych i konsumenckich.
Elektronarzędzia: nowa klasa elektronarzędzi do wiercenia, cięcia i obróbki powierzchni materiałów w różnych zakresach (od bardzo dużych po mikrometrowe).
Silniki spalinowe wewnętrznego i zewnętrznego spalania, w tym olej napędowy, do wszystkich typów kołowych lub gąsienicowych pojazdów silnikowych (od motocykli przez samochody osobowe i ciężarówki po badaczy Marsa), statków morskich każdej wielkości (od łodzi rekreacyjnych po supertankowce), helikopterów i samolotów o napędzie śmigłowym (w tym platformy superlekkie).
Agregaty prądotwórcze dla rolnictwa i przemysłu, w tym wydobycia ropy i gazu, przemysłu lotniczego i kosmicznego, duże agregaty prądotwórcze stacjonarne i samochodowe, kompaktowe generatory awaryjne itp.
Kompaktowe źródła energii elektrycznej do komputerów przenośnych i innych urządzeń elektronicznych itp.

Jednym z obszarów, w którym RKM oferują bardzo duży potencjał, jest rynek pomp. Pompy RKM mogą być równie wydajne lub bardziej wydajne niż preferowane obecnie technologie pomp, oferując jednocześnie ogólne korzyści w zakresie ceny, rozmiaru, niezawodności i efektywności energetycznej.

Porównanie z silnikiem Wankla

Pomimo pozornego podobieństwa geometrycznego, RKM i silnik Wankla znacznie różnią się konstrukcją. Główne podobieństwa między nimi to kształt komory roboczej i zastosowanie ruchu obrotowego.

Istnieje jednak wiele różnic między nimi. Komora robocza silnika Wankla jest ruchoma, natomiast komora RKM jest nieruchoma. Oś obrotu w silniku Wankla porusza się po okręgu, natomiast w RKM jest stała (w wersji z pojedynczym wałem napędowym, tymczasowo z dwoma możliwymi położeniami). W silniku RKM zapłon odbywa się w zwartej wnęce, natomiast w silniku Wankla znajduje się w samej komorze roboczej. Elementy uszczelniające RKM mają powierzchniowy kontakt z komorą roboczą i tłokami, a nie z linią Wankla. Daje to szereg zalet silnika RKM w porównaniu z silnikiem Wankla:

Łatwiejsza adaptacja do oleju napędowego. ^{[ potrzebne źródło ]}
Wsparcie wymuszonego dopalania gazów, co nie jest możliwe przy geometrii Wankla. ^{[ potrzebne źródło ]}
Dłuższa żywotność, mniejsze zużycie paliwa i wyższa wydajność. ^{[ potrzebne źródło ]}

Jednym z zastosowań, które rzeczywiście mogą mieć ze sobą wspólnego, jest miniaturyzacja. Udało się skonstruować miniaturowy silnik Wankla i jest oczywiste, że to samo można zrobić w przypadku RKM.

Chociaż opracowany w latach sześćdziesiątych XX wieku, obecnie nie zademonstrowano żadnego działającego silnika RKM.

Zobacz też

Linki zewnętrzne