Устройство и принципы работы роторного двигателя

Двигатель Ванкеля — устройство и принцип работы РПД автомобиля

Принцип работы

Ротор имеет треугольную форму, с каждой стороны имеет выпуклую форму, которая выполняет функцию поршня. В каждой стороне ротора имеются специальные углубления, обеспечивающие большее пространство для топливно-воздушной смеси, тем самым повышают рабочие обороты двигателя. Вершина граней оборудована маленькой герметизирующей перегородкой, которая способствует выполнению каждого такта. С двух сторон ротор оснащен уплотняющими кольцами, которые формируют стенку камер. Середина ротора оснащена зубьями, при помощи которых осуществляется вращение механизма.

Принцип работы двигателя Ванкеля полностью отличается от классического, однако их объединяет единый процесс, состоящий из 4-х тактов (впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск). Топливо попадает в первую образуемую камеру, во второй сжимается, далее ротор вращается и сжатая смесь воспламеняется свечой зажигания, после рабочая смесь вращает ротор и выход в выпускной коллектор. Главный отличительный принцип состоит в том, что в роторно-поршневом моторе рабочая камера не статическая, а формируется движением ротора.

Корпус роторного двигателя

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку. Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили. А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя.

Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Устройство

Перед пониманием устройства следует знать главные составные части роторно-поршневого мотора. Двигатель Ванкеля состоит из:

• корпуса статора;
• ротора;
• набора шестерен;
• эксцентрикого вала;
• свечей зажигания (воспламеняющая и дожигающая ).

Роторный мотор представляет собой агрегат внутреннего сгорания. В данном моторе все 4 такта работы происходят в полном объеме, однако для каждой фазы есть своя камера, которую вращательным движением образует ротор.

При включении зажигания стартер вращает маховик и двигатель запускается. Вращаясь, ротор, через корону передач передает крутящий момент на эксцентриковый вал (у поршневого двигателя это распредвал).

Итогом работы двигателя Ванкеля должно быть образование давления рабочей смеси, заставляющей снова и снова повторять вращательные движения ротора, передавая крутящий момент на трансмиссию.

В данном моторе, цилиндры, поршни, коленчатый вал с шатунами заменяет всего корпус статора с ротором. Благодаря этому объем двигателя значительно уменьшился, а мощность при этом во много раз выше, чем у классического мотора с кривошипно-шатунным механизмом, при равном объеме. Данная конструкция обладает высоким КПП также из-за низких потерь на трение.

Роторные Двигатели- Главная

Этот сайт посвящен теме настоящего и прошлого роторных двигателей внутреннего сгорания, а так же обзору разработок перспективных моделей роторных двигателей.

Повышение удельной мощности и экономичности двс на пути совершенствования обычных
поршневых моторов уже не имеет больших перспектив, и в этом направлении развития технического прогресса
наиболее целесообразно разрабатывать еще мало востребованные возможности двигателя роторной схемы.

Автор надеется, что информация с этого сайта будет полезна всем тем, кого интересует
тюнинг автомобилей и форсирование двигателей, всем кто ищет замену поршневому двигателю на
спортивных машинах и гоночных мотоциклах, в легкомоторной авиации и на скоростных
катерах, на квадроциклах, внедорожниках и иной экстремальной технике, требующей легких,
но мощных моторов.

К октябрю 2012 года мною изготовлено и испытано за несколько лет 4 разных модели, и полученные результаты и весьма ценный опыт натурных испытаний я положил в дело создания очередного поколения роторных двигателей, которые сейчас находятся в стадии заводского производства. Надеюсь, что к концу 2012 года, очередная (пятая) модель будет изготовлена и окажется готовой к испытаниям.
В настоящее время я являюсь автором 3-х Патентов на Изобретения в области разных конструкций роторных двигателей.

Патентование разных идей и схем, которые возможно применить в деле создания роторных двигателей мною продолжается.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОГРЕССА КОНСТРУКЦИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ, ГЛОБАЛЬНЫЙ ТЮНИНГ ИДЕИ ДВИГАТЕЛЯ

Стремительный и бурный прогресс в технике – это главное что отличает современное общество от состояния человечества в прошлые века. И темпы этого прогресса нарастают и стремительно увеличиваются. Компьютер 10 летней давности – это уже музейный экспонат, а сотовый телефон 5 –летней конструкции — совсем архаичное изделие. Активно идет прогресс техники и технических решений в биотехнологиях, в строительном деле, в военной технике и пр. Все в современном мире достаточно бурно и активно развивается и прогрессирует.

Однако в современной технике есть одна ключевая и неотъемлемая от иных областей развития инженерной теории и практики отрасль, где прогресс практически замер много десятилетий назад и в последние полвека нерешительно топчется на месте, так и не в силах совершить значительный новый шаг. Это технический прогресс в конструировании и производстве двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Действительно вся огромная транспортная сфера наземных колесных машин и водного транспорта использует 4-х тактные поршневые двигатели внутреннего сгорания образца 140 летней давности. Примерно теми же двигателями 2-х тактного варианта пользуется так же огромная сфера механизированного ручного инструмента и строительной техники. Без особых серьезных изменений своего главного принципа работы 4-х тактные поршневые двигатели дошли до сегодняшнего времени именно из той стародавней эпохи.

Создание 2-х тактного варианта поршневого двигателя относится к тем же годам. 4-х тактный поршневой двигатель, работающий с воспламенением от сжатия (двигатель Дизеля) лишь на 20 лет моложе 4-х тактного поршневого двигателя, работающего с применением принудительного искрового зажигания (двигателя Отто) – Рудольф Дизель получил патент на свою конструкцию поршневого двигателя в 1893 году.

С тех пор совершенствование поршневых двигателей идет лишь по пути «внешнего тюнинга» — т.е. видоизменения и совершенствования давно существующих их конструктивных элементов и добавления вспомогательных механизмов. По сути дела сама конструкция традиционных двигателей со всеми ее достоинствами и недостатками совершенно не меняется последние 140-120 лет. При том, что недостатки этих конструкций: малая удельная мощность, плохой режим крутящего момента, невысокий КПД и токсичность выхлопных газов — как минимум последние 100 лет подвигали инженеров думать над созданием альтернативных типов двигателя, который бы был лучше по всем параметрам поршневого ДВС. Но тема создания нового типа двигателя оказалась очень непростой и трудной в реализации.

Коротко рассмотрим основные этапы развития и «конструкционного вызревания» идеи поршневого двигателя:

1859 г. – появление действующего без сжатия поршневого двигателя Ленуара;
1877 г. – появление 4-х тактного поршневого двигателя Отто с искровым зажиганием, на светильном газе;
1885-1895 гг. — появление карбюраторов для питания 4-х тактного двигателя жидким топливом – бензином;
1893 г. — начала работы над конструкциями 4-х тактного поршневого двигателя работающего с воспламенением от сжатия (двигатель Дизеля);
1886 г. – формулирование принципа различия между ходом сжатия и ходом расширения поршневого двигателя – цикл Аткинсона;
1890 гг. – появление многоцилиндровых поршневых двигателей;
1915 г. – первое появление в конструкции авиационного двигателя V- образной схемы расположения цилиндров;
1911 г. – изобретение устройства принудительного наддува цилиндров двигателя рабочей смесью;
1939-1941 гг. – начало массовой установки непосредственного впрыска топлива (инжектора) на авиационные двигатели в военной области;

С тех пор свежих идей по совершенствованию принципа работы поршневого двигателя не возникало, как и особых новаций в конструкцию традиционного 4-х тактного или 2-х тактного двигателя не вносилось. При том, что попытки заменить один из главных сложных и трудных элементов конструкции, в котором заключалось множество недостатков традиционных двигателей — кривошипно-шатунного механизма, предпринимались без малого сто лет. Но работа по созданию бесшатунной схемы поршневого двигателя за все это время к серьезным успехам так и не привела.

А вот еще несколько временных дат и заметок к ним, в истории развития двигателей внутреннего сгорания.
1930-е годы — создание первых прототипов воздушно-реактивных двигателей для авиации;
1950-е годы – начало массового перехода авиации, вначале военной, а затем и гражданской, с поршневых двигателей, на воздушно-реактивные;
1957 г.- создание первого работоспособного варианта роторного двигателя с планетарным типом движения (двигатель Ванкеля);

Итак, из всех этих хронологических выкладок видно, что в некоторых видах техники – в авиации, например, с появлением более эффективных видов двигателей, уже 60 лет назад произошел массовый переход на иной уровень техники и на иной тип двигателей. И сейчас большой магистральный авиалайнер с винтомоторными установками на основе 4-х тактных поршневых двигателей будет казаться совершенной нелепостью и архаичным возвратом к древней технической идее 60-ти летней давности со всем неизбежным букетом падения и резкого ухудшения всех эксплуатационных и технических характеристик такого самолета.

Но если поршневой двигатель на самолете (за исключением самых малых) оказывается старинным экспонатом для музея, то почему же тогда двигатель такой конструкции на автомобиле – мотоцикле или на большом корабле оказывается очень современным и качественным выбором? Все тут просто, поршневой двигатель внутреннего сгорания, при всех своих массовых, серьезных и всем известных недостатках, просто не имеет лучшей замены. На современном уровне развития техники его просто не чем заменить.

Газовые турбины и их близкие родственники – авиационные воздушно-реактивные двигатели, в малых габаритах (мощности менее 1 000 кВт) резко теряют свои преимущества и в малых массо-габаритных параметрах не имеют преимуществ, и даже уступают поршневым ДВС.

Вот почему «большая авиация» с потребностями в огромных мощностях и большими оборотами вращения рабочих органов, давно ушла от поршневых двигателей к турбинам. Но вот все огромное многообразие малых силовых установок — это до сих пор царство давно морально устаревших и требующих «тюнинга идеи» поршневых двигателей.

После всего выше описанного, можно сказать со всей определенностью – прогресс в двигателестроении происходит крайне медленно и не идет по своим темпам ни в какое сравнение с такими лидерами современных технологий, как цифровые технологии, электронная техника, биотехнологии или даже строительная индустрия с ее все новыми и новыми материалами.

А вот в двигателестроении «тюнинг» идей ни как не даст нужного результата. В итоге весь прогресс в среде совершенствования двигателей достигается лишь бесконечным «обвешиванием» двигателей электронными системами, что в итоге дает 1,5 -2 процента экономии. Но этот прогресс достигается заметным усложнением электронной и электрической схемы, которая в итоге становится все более капризной, уязвимой и недолговечной. С соответственным поднятием цены двигателя. Но «тюнинг» двигателей за счет «обвешивания» современной электроникой безнадежно устаревшей «железной» основы двигателя – дело заведомо малоэффективное и очень трудоемкое. Прогресс техники должен идти иным путем – за счет радикальной смены уровня техники, применения новых ярких и глобально иных по своему содержанию идей.

Давайте задумаемся, над таким историческим фактом. Век активного и массового применения паровых двигателей длился около 120 лет и к концу этого периода паровая машина была уже весьма архаическим и малоэффективным устройством по сравнению с иными типами двигателей. Действительно, в 20-е годы 19-го столетия, когда началось строительство железных дорог и первых пароходов, паровая машина была вершиной технического прогресса. А в 40-х годах 20-го столетия, когда век паровых машин окончательно завершился, они были уже элементами давнего прошлого. И никто не пытался совершать «тюнинг» паровых двигателей за счет оснащения их новейшей автоматикой на электрической основе и пр. Просто они были заменены на более совершенные типы двигателей принципиально иного типа действия.

Но теперь задумаемся — эпоха поршневых двигателей внутреннего сгорания длиться уже более 130 лет, а завершения ей еще не видно. И это при том, что недостатки поршневых ДВС всем очевидны, а авиация еще 60 лет назад совершила переход на более эффективные двигатели. Просто пока в сфере двигателей малой мощности этим уже давно малоэффективным силовым установкам с КПД в пределах 25-30% нет замены, ибо не создано лучших конструкций. Но это лишь пока.

Этот сайт как раз посвящен направлению развития иных конструкций двигателей внутреннего сгорания, иного технического устройства, чем поршневые двигатели. Это направление техники — создание роторных двигателей. Многим известен роторный двигатель Ванкеля, который уже более 40 лет выпускает японский автопроизводитель Mazda, и которые когда –то выпускал наш АвтоВАЗ. Этот двигатель – маленький и мощный, пользуется большим успехом в спортивной автотехнике, как и у любителей «тюнинга» своих авто.

Но этот двигатель имеет и много больших недостатков, поэтому он и не получил широкого распространения. Но сам принцип вращения главного рабочего элемента (т.е. ротора вместо поршня) может воплощаться в конструкции 7-ми разных типов двигателей, и двигатель Ванкеля относится только к одному из этих типов. Поэтому потенциальный выбор в сфере разных типов роторных двигателей для поиска наилучших технических решений – очень широкий. И именно на этих путях я вижу возможность создания конструкции двигателя, который по всем статьям окажется лучше и эффективнее традиционных поршневых двигателей.

Основной груз финансирования моих работ по созданию совершенного роторного двигателя лежит на моих материальных возможностях. А они весьма скромные. Другой возможности я пока не вижу, ибо годами выпрашивать деньги на развитие перспективной отрасли техники — роторных двигателей у разных окаменевших от ощущения собственной важности гос-чиновных и торгово-коммерческих господ — не в моих привычках.

С другой сторны — я вижу, что среди посетителей моего сайта есть значительное количество людей, искренне заинтересованных в развитии отечественной инженерной школы и в прогрессе современной техники. Поэтому я обращаюсь ко всем подобным посетителям моего сайта с просьбой о посильной финансовой поддержке моих трудов. Даже если 15-20 человек в месяц пожервуют на мои работы по 100-200 рублей, то это будет уже заметная для меня сумма. Если кто-то захочет пожертвовать несколько большую сумму, то взносы более 5 тыс. рублей я могу засчитывать как предоплату за будущую поставку полу-промышленных вариантов моего мотора таким людям. Ведь я искренне надеюсь на успеех моего дела и в относительно недалеком будущем планирую попробовать собрать опытную партию моих роторных двигателй. Тем более, что я за время изготовления 4-х опытных моделей достиг определенного успеха на этом пути, и заодно как-то уже отработал технологию изготовления таких моторов. Самая трудная часть пути уже пройдена.

РЕКЛАМНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

При этом — может быть, кто-то из посетителей моего сайта, кто имеет отношение к различным деловым структурам, близким по отраслевым интересам к машиностроению, продаже машин, механизмов и транспортных средств, тюнингу автомобилией и конкретно к тюнингу двигателей, захочет разместить на платной основе рекламу на моем сайте, то это было бы очень хорошо и заметно помогло мне.

Тем более, что мой сайт http://www.rotor-motor.ru/ является единственной специализированной и профильной, как и единственной активно развивающейся площадкой в Рунете, посвященной перспективам развития роторных двигателей,как и обзору всего разноообразия их конструкций. Ежедневно на моем сайте бывает от 500 до 800 человек целевой публики. В некоторые дни число посетителей переваливает за тысячу. Если у кого появляется интерес к размещению рекламы на моем сайте — пишете мне на почту. Буду рад выслушать любые предложения.

Одна из самых интересных страничек сайта- посвящена паровым роторным двигателям и коловратным паровым машинам. ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРСКОГО Нажмите по ссылке, чтобы прейти на страницу о паровых роторных машинах.

Вы можете оформить подписку на новости сайта (все новости будут оперативно доставляться на указанный вами почтовый ящик) — заполнив форму на страничке НОВОСТИ САЙТА

Характеристика роторного двигателя, его плюсы и минусы

Сравнивая два вида мотора, роторный и поршневой, очевидным является тот факт, что первый из них имеет преимущества. Простая конструкция, работа на максимальных оборотах без перегрева и значительных потерь, а также фактически отсутствие вибрации — заставляют некоторых любителей “сложных ДВС” обратить внимание на этот агрегат. Хоть широкого распространения он не получил, но все также интересует механиков, в силу своей специфики работы и строения. Для того, чтобы самостоятельно попытаться освоить “азы” строения двигателя, нужно узнать что такое роторный двигатель и по какому принципу он приводится в действие.

Что такое роторный двигатель

Ротор — это “сердце” теплового агрегата, отсюда и название ДВС — роторный. Этим же рабочим элементом он приводится в действие. Основная отличительная техническая характеристика основывается на отсутствии возвратно-поступательных движений. Промежуточный этап полностью исключен, быстрее преобразуется энергия в двигателе, выходит на максимальное значение КПД. Но, в силу своих недостатков, “движок” так и не стал пользоваться спросом.

Устройство и структура роторного двигателя

Изобретение являет собой эллипсоид, внутри полого корпуса размещается насаженный на вал ротор. Лопасти ротора при вращении взаимодействуют с краями корпуса, в котором он размещен. Обычно их количество может составлять 1,2, или 3, хотя наиболее часто устанавливается 2 треугольника Рело. Давлением газа и центробежных сил пластины, создается полная герметизация камеры, за счет их прижимания к внутренней части конструкции. Таким образом, строение РПД позволяет работать без наличия дополнительных узлов и деталей — в нем отсутствуют коленвал, шатуны, противовесы, а также газораспределительная система. ГРС заменяют впускные и выпускные просеки, и сам ротор, поочередно открывающий и закрывающий эти просеки.

Принцип работы роторного двигателя

Роторный ДВС имеет простой принцип работы, который основывается на высоких оборотах. Ротор вращается внутри овального корпуса. При рабочем цикле создаются по окружности статора свободные полости, в которых и запускается двигатель. Приводится в действие движок посредством впускных/выпускных окон в боковых корпусах. В результате чего, ротор, вращаясь, открывает и закрывает их соответственно. Почему-то все сдвигают плечами и не могут понять, почему же казалось-бы такое простое строение не оправдало ожиданий и уступило дорогу поршневому движку? Если рабочий цикл состоит из постоянных преобразований по принципу:

• впрыска топлива,
• сжатия,
• рабочего такта,
• выпуска газа.

Инженеры настаивают на том, чтобы все-таки дать этому мотору вторую жизнь, усовершенствовать его и запустить в обиход.

Плюсы и минусы

Чтобы уяснить, почему же агрегат не стал популярным в силу всех своих “за” по мнению механиков, рассмотрим плюсы и минусы роторного двигателя. К преимуществам конструкции относят:

• Мотор подвергается гораздо меньшей нагрузке на высоких оборотах.
• Сбалансированность обеспечивает низкий уровень вибрации.
• Имеет меньше деталей и узлов.
• Он легче, компактнее, его габариты намного меньше.
• Имеет практически идеальное распределение веса по осям, что делает автомобиль более устойчивым.

Тем не менее, отмечается и ряд существенных недостатков:

• Низкие обороты “сжирают топливо по секундно”, слишком высокий расход.
• Дороговизна деталей.
• Большой расход и частая замена смазки.
• Перегрев, как основная беда ДВС. В итоге ломается цилиндр. Такая частая поломка обусловлена конструкционными особенностями.
• Форма камер не позволяет топливу сгорать полностью, и газы поступают на выхлоп. Поэтому силовая установка считается менее экологичной.

Теперь не остается сомнений, что все преимущества роторного двигателя не могут покрыть существенные минусы установки.

Система смазки и питания роторного двигателя

Подача масла осуществляется под давлением к основным движущимся деталям. Система смазки работает следующим образом:

• Масляный насос всасывает масло из масляного бака.
• Через маслопровод и форсунки масло подается в замкнутый контур воздушного охлаждения.
• Масло попадает в рабочую полость, совмещается с тепловоздушной смесью, чем обеспечивает смазку узлов и механизмов, и сгорает вместе с ней.

Система питания включается после того, как стартер обеспечит устойчивость жидкостного кольца в барабане. Это происходит так:

• При вращении ротора его торцевые радиальные выступы отсекают порции топливной смеси или воздуха.
• Сжатые порции топливной смеси или воздуха поступают в камеры сгорания.

Зажигание топливной смеси происходит по-разному, это зависит от используемого принципа смесеобразования.

Где используется

Испытания проводились немцами. В 1957 году инженеры Германии Феликс Венкель и Вальтер Фройде выпустили этот агрегат на обозрение, как “рабочую единицу”. Спустя семь лет, этот мощный двигатель был под капотом спорткара “Спайдер”. Новинку естественно “начали есть все автопроизводители”, в частности: “Мерседес-Бенц”, “Ситроен” и прочие. Даже Ваз испытывал ДВС Ванкеля. Но, единственный кто все-таки решился на серийное производство — это “Мазда”, она же и стала последней точкой в выпуске этого устройства. На сегодня практикуется мелкосерийное производство для мотоциклов. Но, роторный движок это идеальный вариант для гоночной машины и спорткара, а не обычной тюнингованной “Дженерал Моторс”.

Возможные проблемы и неисправности роторного двигателя

Некоторые особенности строения силовой установки влияют на возникновение неисправностей двигателя:

• Линзовидная форма имеет прямое воздействие на цилиндр. В результате работы появляется перегрев из-за сгорающего топлива в камере и преобразования в тепло. Цилиндр работает на износ, приходит в негодность.
• Быстрому изнашиванию поддаются и уплотнители. Находящиеся между форсунками прокладки поддаются высоким перепадам давления в камерах сгорания. Только капремонт силового агрегата могут исправить эту проблему.
• Вся установка в целом и ее отдельные части могут часто выходить из строя, если не проводить своевременно смену масла.

Узлы и агрегаты двигателя

Учитывая все особенности работы роторного двигателя, следует более ответственно подходить к его обслуживанию, своевременно проводить техобслуживание и ремонт. Хотя на данный момент серийное производство автомобилей с роторным двигателем не налажено, разработчики не собираются расставаться с этой идеей. Силовые установки постоянно совершенствуются, поэтому пока еще рано списывать его со счетов.

Устройство и принцип работы асинхронных двигателей с фазным ротором

Основная классификация асинхронных двигателей осуществляется в зависимости от особенностей их пусковых свойств, которые определяются нюансами конструкции.

• Технические характеристики ↓
• Устройство ↓
• Принцип работы ↓
• Преимущества и недостатки ↓
• Применение ↓

Если рассматривать устройство с фазным ротором, то пуск происходит следующим образом:

1. Начало запуска параллельно сопровождается переходом фазного ротора из спокойного состояния к постепенному равномерному вращению, во время которого машина начинает уравновешивать момент сил сопротивления на собственном валу.
2. При совершении запуска наблюдается увеличение объемов потребления электроэнергии из сети. Усиленное питание обуславливается необходимостью преодоления тормозного момента, приложенного к валу; передачей движущимся элементам кинетической энергии и компенсацией потерь внутри самого двигателя.
3. Начало пускового момента и параметры скольжения в этот период напрямую зависят от активного сопротивления, которое оказывают резисторы, введенные в роторную цепь.
4. Иногда показателей малого начального пускового момента бывает недостаточно для того, чтобы перевести асинхронный агрегат в полноценный рабочий режим. В такой ситуации, ускорение не является достаточным, а пусковой электрический ток со значительными показателями воздействует на обмотки двигателя, что вызывает их чрезмерный нагрев. Это может ограничить частоту его включений, а если машина была подключена к электросети с малой мощностью, такой запуск может вызвать понижение общего напряжения, что негативно сказывается на функционировании иных потребителей.
5. Благодаря введению в роторную цепь пусковых резисторов происходит понижение показателей электрического тока и пропорциональное увеличение начального пускового момента вплоть до достижения им максимальных параметров.
6. Последующее увеличение параметров сопротивления резисторов не является необходимым условием, поскольку оно будет способствовать снижению начального пускового момента и постепенному отклонению от максимальных характеристик его работы. Область скольжения при этом рискует достигнуть недопустимых показателей, что негативно скажется на разгоне ротора.
7. Пуск двигателя может быть легким, нормальным или тяжелым, именно этот фактор определит оптимальное значение сопротивления резисторов.
8. Далее, необходимо только поддержание достигнутого вращающего момента во время разгона ротора, это позволяет сократить длительность переходного процесса, в котором находится запущенная машина, а также способствует снижению степени нагрева. Для достижения этих целей, осуществляется постепенное понижение показателей сопротивления пусковых резисторов. Параметры допустимого изменения момента зависят от общих условий, которые определяют пиковый предел этого параметра.
9. Процесс переключения разных резисторов осуществляется за счет последовательного подключения контакторов ускорения. На протяжении всего пуска, моменты, во время которых достигаются пиковые значения, являются одинаковыми, а периоды переключения равными между собой.
10. Процесс отключения машины от электросети разрешается осуществлять при накоротко замкнутой роторной цепи, поскольку, в противном случае имеется риск возникновения перенапряжения в обмоточных фазах статора.
11. Параметры напряжения могут достичь значения, которое превосходит его номинальные показатели в 3-4 раза, если во время отключения машины роторная цепь находилась в разомкнутом состоянии.

Технические характеристики

Основные требования, которые обеспечивают качественное функционирование асинхронных агрегатов с фазным ротором, определены и указаны в соответствующих ГОСТах.

Именно они определяют главные технические характеристики и к таким параметрам относятся:

1. Габариты и мощность двигателя, которые должны иметь показатели, соответствующие техническому регламенту.
2. Уровень защиты должен соответствовать условиям, в которых происходит процесс эксплуатации, поскольку различные виды машин могут быть предназначены для установки на улице или только внутри помещений.
3. Высокая степень изоляции, которая должна обладать устойчивостью к повышению рабочей температуры и последующему нагреву.
4. Различные виды асинхронных двигателей предназначены для использования в определенных климатических условиях. Это касается в первую очередь установки подобных машин в крайне холодных местностях или, наоборот, жарких областях. Исполнение агрегата должно соответствовать климату местности, в которой проходит процесс эксплуатации.
5. Полное соответствие режимам функционирования.
6. Наличие системы охлаждения, которая должна соответствовать рабочим режимам машины.
7. Уровень шума при запуске агрегата на холостом ходу должен соответствовать второму классу или быть ниже его.

Устройство

Для работы с асинхронными двигателями и полного понимания принципов функционирования подобных машин, необходимо ознакомиться с особенностями их устройства:

1. Основными частями конструкции агрегата является статор, находящийся в неподвижном состоянии, и вращающийся ротор, который расположен внутри него.
2. Воздушный зазор разделяет оба элемента между собой.
3. И статор, и ротор обладают специальной обмоткой.
4. Статорная обмотка имеет подключение к питающей электросети с переменным напряжением.
5. Роторная обмотка по своей сути является вторичной, поскольку не имеет подключения к сети, а передачу необходимой энергии для нее осуществляет непосредственно статор. Этот процесс происходит благодаря созданию магнитного потока.
6. Корпус статора и корпус двигателя – это один элемент, который имеет в своей структуре запрессованный сердечник.
7. В пазах сердечника размещены проводники обмотки. Специальный электротехнический лак обеспечивает надежную изоляцию данных объектов друг от друга.
8. Обмотка сердечника особым образом разделена на секции, которые соединены в катушки.
9. Катушки составляют фазы самого двигателя, к которым происходит подключение фазы от питающей электросети.
10. Ротор состоит из вала и сердечника.
11. Роторный сердечник создан из набранных пластин, которые изготавливаются из особой разновидности электротехнической стали. На его поверхности имеются симметричные пазы, внутри которых размещены проводники обмотки.
12. Роторный вал в ходе работы выполняет функции по передаче крутящего момента непосредственно к приводному механизму машины.
13. Роторы обладают собственной классификацией, короткозамкнутая разновидность имеет в своей конструкции стержни, изготовленные из алюминия. Они располагаются внутри сердечника, а на торцах замкнуты специальными кольцами. Подобная система получила название беличьего колеса. В машинах с наиболее высокой мощностью, пазы дополнительно заливаются алюминием, что способствует повышению прочности конструкции.
14. Вместо короткозамкнутого ротора в конструкции может присутствовать фазная разновидность. Количество катушек, сдвинутых под определенным углом относительно друг друга, в такой системе зависит от числа парных полюсов. При этом, роторные пары полюсов всегда равны количеству аналогичных пар в статоре. Роторная обмотка соединена особым образом и напоминает по своей форме звезду, а ее лучи выводятся на контакты токосъемных колец, которые соединены при помощи механизма щеточного типа и пускового реостата.

Принцип работы

После освоения устройства асинхронного двигателя с фазным ротором и особенностей его запуска, можно переходить к изучению принципа работы, который заключается в следующем:

1. На статор, обладающий тройной обмоткой, начинает подаваться трехфазное напряжение, идущее от внешней электросети с переменным током.
2. Последовательно происходит процесс возбуждения магнитного поля, которое начинает совершать вращательные движения.
3. Совершаемые вращения постепенно становятся быстрее скорости ротора.
4. В определенный момент времени начинает происходить пересечение отдельных линий полей статора и ротора, что обуславливает возникновение электродвижущей силы.
5. Электродвижущая сила оказывает прямое воздействие на закороченную обмотку ротора, благодаря чему в ней начинает появляться электрический ток.
6. Через определенное время начинает происходить взаимодействие между возникшим в роторе током и статорным магнитным полем, из-за этого образуется крутящий момент, обеспечивающий функционирование асинхронной машины.

Преимущества и недостатки

Востребованность асинхронных двигателей подобного типа на сегодняшний день обуславливается следующими значимыми преимуществами, которыми они обладают:

1. Значительные показатели, которых способен достигать начальный вращающий момент после запуска машины.
2. Механические перегрузки, которые возникают на протяжении коротких промежутков времени, переносятся агрегатом без каких-либо значимых последствий и не оказывают влияния на процесс функционирования машины.
3. При возникновении разнообразных перегрузок в системе, двигатель сохраняет постоянную скорость, возможные отклонения не являются значимыми.
4. Показатели пускового тока значительно меньше, чем у большинства асинхронных аналогов, например, имеющих в своей конструкции короткозамкнутый ротор.
5. Использование подобных агрегатов предусматривает возможность использования систем, автоматизирующих процесс их запуска и введения в рабочее состояние.
6. Конструкция и устройство таких машин являются довольно простыми.
7. Запуска агрегата осуществляется по простой схеме, не подразумевающей значимых усилий.
8. Относительно невысокая стоимость.
9. Обслуживание таких машин не требует значительных затрат сил и времени.

Однако, при таком большом количестве положительных сторон, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают и некоторыми недостатками, основными из них являются следующие особенности подобных машин:

1. Слишком большие размеры двигателя, которые могут причинять некоторые неудобства при монтаже и эксплуатации.
2. Коэффициент полезного действия и общая выработка у них намного ниже, чем у многих аналогов. Разновидность агрегатов с короткозамкнутым ротором значительно превосходит их по этим показателям.

Применение

На сегодняшний день, большая часть двигателей, выпускаемых в промышленных масштабах, относится к асинхронной разновидности.

Благодаря ряду преимуществ, которыми обладают машины с фазными роторами, они широко используются в разных сферах человеческой деятельности, в том числе для поддержания работы:

1. Устройств автоматики и приборов из телемеханической области.
2. Бытовых приборов.
3. Медицинского оборудования.
4. Оборудования, предназначенного для осуществления аудиозаписи.

Роторно-поршневой двигатель

Главной особенностью любого роторно-поршневого двигателя можно считать применение специального ротора (поршня), имеющего три грани, который вращается внутри специального цилиндра по эпитрохоиде (впрочем, возможны и другие формы цилиндра). Постараемся подробно разобрать конструкцию РПД, его преимущества и недостатки перед другими типами двигателей.

Особенности конструкции роторно — поршневых двигателей Венкеля

Впервые, такой тип двигателя был разработан в 1957 году двумя инженерами: Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. На валу устанавливается ротор, который имеет жесткое соединение со специальным зубчатым колесом. Это колесо входит в зацепление со статором, который имеет вид неподвижной шестерни. Диаметр ротора достаточно сильно превышает диаметр статора, что дает возможность зубчатому колесу полностью обкатываться вокруг статора. Каждая вершина граней ротора движется по эпитрохоидальной поверхности и отделяет три, постоянно меняющихся, объема.

Данная конструкция позволяет выполнить действия всех четырех тактов любого из существующих двигателей внутреннего сгорания, причем, без применения механизма, отвечающего за газораспределение. Камеры сгорания герметизируются с помощью специальных пружинных лент и пластин, которые придавливаются к поверхности цилиндра давлением, создаваемым газом. Так как в роторно-поршневом двигателе отсутствует ГРМ, это делает его конструкцию намного проще любого другого двигателя. Кроме того, отсутствие различных тяжелых элементов, таких как, шатуны и коленчатый вал, позволяют сделать его размеры намного меньше, в то время как, мощность увеличивается. Один оборот такого двигателя равняется одному циклу, что можно сравнить с полным оборотом двухцилиндрового поршневого двигателя.

Подача топлива в камеру сгорания, смазка подвижных частей двигателя, охлаждение и запуск осуществляются точно также, как и на обычном ДВС. Расход топлива может варьироваться от

Видео — Принци работы РДП

Преимущества и недостатки РДП

Преимущества

1. Прежде всего, такой двигатель обладает самым низким уровнем вибраций. Его конструкция абсолютно уравновешена и делает движение на легких транспортных средствах намного комфортнее.

2. Очень высокие динамические характеристики. Такой двигатель позволяет разогнать транспортное средство на первой передаче до 100 километров в час, при низкой нагрузке на механизмы. Двигатель достаточно долгое время выдерживает число оборотов, достигающее 8000 об/мин.

3. Движущиеся части механизма имеют очень низкую массу, а ротор двигателя выдает мощность в течение всех четвертей каждого оборота. Это позволяет добиться достаточно большой удельной мощности, в отличие от обычного поршневого двигателя. Для сравнения, роторно-поршневой двигатель с рабочим объемом 1.3 литра, выдает мощность, равную 220 лошадиным силам, в то время как, обычный поршневой двигатель с тем же объемом выдает мощность, не превышающую 100 лошадиных сил.

4. Вместо сотен различных деталей, в роторно-поршневых двигателях применяется всего 2-3 десятка. Кроме того, размеры и масса РПД намного меньше, чем у обычных двигателей с шатунами и коленчатым валом.

Недостатки

1. Соединение вала ротора с выходным валом, посредством эксцентрированного механизма, вызывает слишком большое давление между соединяемыми трущимися деталями. Это приводит к лишнему перегреву двигателя и повышенному износу деталей механизма. В связи с этим, появляется острая необходимость в периодической замене масла и уплотнительных элементов. Если выполнять данные требования в соответствии с регламентом, то ресурс двигателя значительно увеличивается, в противно случае, происходит поломка, которая непременно выведет агрегат из строя.

2. Камера сгорания имеет форму линзы, это означает, что при очень малом объеме она имеет очень большую площадь. Все это приводит к образованию лучистой энергии, которая бесполезно влияет на работу двигателя и также приводит к излишнему перегреву. Таким образом, КПД двигателя значительно снижается, что не позволяет использовать его в полной мере.

3. На пониженной передаче такой двигатель обладает очень большим расходом топлива, по сравнению с обычными ДВС.

4. Площадь соприкосновения уплотнителей и вращающихся деталей быстро снижается, это говорит о быстром износе сальников, которые способствует утечке смазывающего вещества и попаданию масла в камеру сгорания. В результате выхлоп получается очень токсичным, а ресурс двигателя быстро снижается. Тем не менее, данную проблему устранили применением высоколегированных сталей при изготовлении РПД.

5. В связи со строгими требованиями к геометрии всех деталей механизма, возникает необходимость в высокоточном оборудовании для изготовления таких двигателей. Это усложняет и делает дороже процесс их производства.

Где применяют роторно-поршневые двигатели?

Изначально, разработка роторно-поршневых двигателей велась для спортивных автомобилей. Ведь для гоночных автомобилей не столь важен большой ресурс, так как ремонт поршневых двигателей тоже требовался и после первого заезда.

В серийном производстве РПД устанавливался на автомобили немецкого производства. Это был седан представительского класса NSU Ro 80. Автомобиль для своего времени был достаточно современным, так как имел привлекательный дизайн и хорошие аэродинамические свойства. Однако, ввиду серьезных недостатков роторно-поршневых двигателей, связанных со слишком частым техническим обслуживанием, получил отрицательную оценку, в связи с чем, стал оснащаться обычными поршневыми двигателями. Это связано с тем, что двигатель приходил в негодность уже после 50 тысяч километров, что являлось малоэкономичным показателем.

В настоящее время роторно-поршневые двигатели изготавливают только два завода в мире – это ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония).