РОТОРНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА Российский патент 2002 года по МПК F01C1/344 F02B53/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, объемной расширительной машины, например паровой, и т.п.

Известны машины с объемным расширением, содержащие цилиндр и расположенный в нем с образованием камеры переменного объема рабочий элемент - поршень (1).

Недостатком поршневых машин является, кроме общеизвестных, связанных с возвратно-поступательным движением поршня, большое соотношение площади поверхности, образующей камеру сгорания или расширения, к площади поршня, что ухудшает использование тепла рабочего тела (пара, газа и т.п.).

Известна роторно-лопастная машина, содержащая корпус, ротор, снабженный радиально расположенными лопастями и установленный в корпусе с образованием по меньшей мере одной полости переменного объема, выполняющей функции полости расширения, рабочую камеру, расположенную в полости расширения и образованную поверхностями корпуса, ротора и выступающей из ротора рабочей поверхностью лопасти в момент начала подачи в камеру рабочего тела и сообщенный с рабочей камерой патрубок подачи рабочего тела (2).

Принципиально конструкция роторно-лопастных машин позволяет улучшить соотношение площадей камеры и рабочего элемента. Однако в известных машинах задача изменения этого соотношения и не ставилась.

Задачей изобретения является повышение кпд тепловых машин.

Поставленная задача достигается тем, что в роторно-лопастном двигателе величина соотношения площади рабочей камеры к площади рабочей поверхности лопасти составляет не более чем 4:1, а на выходе патрубка в корпусе выполнено углубление.

Поставленная задача достигается также тем, что углубление в корпусе может быть выполнено с возможностью перепуска части рабочего тела в соседнюю камеру, расположенную с противоположной стороны лопасти, после проведения в рабочей камере по меньшей мере части процесса расширения.

Поставленная задача достигается также тем, что ротор может быть установлен в корпусе эксцентрично.

Поставленная задача достигается также тем, что каждая лопасть может быть снабжена крепежным кольцом, расположенным на одном из ее концов, причем расстояние между центром крепежного кольца и вторым концом лопасти выполнено не превышающим радиуса внутренней поверхности корпуса, соосно с корпусом внутри него закреплена неподвижная ось, а по окружности ротора на его периферии выполнены продольные отверстия, в которых установлены пальцы с продольными прорезями, при этом крепежные кольца лопастей установлены на неподвижной оси, а лопасти расположены в продольных прорезях пальцев.

Поставленная задача достигается также тем, что машина может быть выполнена в виде двигателя внутреннего сгорания, при этом корпус с ротором образуют дополнительную компрессорную полость, сообщенную при помощи патрубка подачи рабочего тела с рабочей камерой, выполняющей функции камеры сгорания, в которой установлен элемент зажигания, а в углублении корпуса размещен перепускной клапан с возможностью периодического разобщения компрессорной полости и рабочей камеры.

Поставленная задача достигается также тем, что машина может быть снабжена дополнительным патрубком подачи рабочего тела, сообщенным с дополнительной полостью переменного объема с возможностью осуществления реверса ротора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема описываемой машины;
на фиг.2 - то же, увеличенный вид рабочей камеры;
на фиг.3 показана лопасть;
на фиг.4 показан палец.

Описываемая машина содержит корпус 1, ротор 2, снабженный радиально расположенными лопастями 3 и установленный в корпусе 1 с образованием полости 4 расширения и компрессорной полости 5, рабочую камеру 6, например камеру сгорания, расположенную в полости 4 расширения и образованную поверхностями корпуса 1, ротора 2 и выступающей из ротора рабочей поверхностью лопасти 3 в момент начала подачи в камеру 6 рабочего тела. С рабочей камерой 6 сообщен патрубок 7 подачи рабочего тела, на выходе которого в корпусе 1 выполнено углубление 8.

Углубление 8 может быть выполнено с возможностью перепуска части рабочего тела в соседнюю камеру 10, расположенную с противоположной стороны лопасти 3, после проведения в рабочей камере 6 по меньшей мере части процесса расширения.

Ротор 2 может быть установлен в корпусе эксцентрично, причем каждая лопасть 3 может быть снабжена крепежным кольцом 11, расположенным на одном из концов лопасти 3. Расстояние между центром крепежного кольца 11 и вторым концом лопасти 3 выполнено не превышающим радиус внутренней поверхности корпуса 1. Соосно с корпусом 1 внутри него закреплена неподвижная ось 12. По окружности ротора 2 на его периферии выполнены продольные отверстия 13, в которых установлены пальцы 14 с продольными прорезями 15. Крепежные кольца 11 лопастей 3 установлены на неподвижной оси 12, а лопасти 3 расположены в продольных прорезях 15 пальцев 14.

При выполнении машины в качестве двигателя внутреннего сгорания в рабочей камере 6, в углублении корпуса 1 установлен элемент зажигания (не показан), который может быть выполнен в виде свечи накаливания. При этом двигатель снабжен выпускным 16 и впускным 17 каналами, сообщенными соответственно с полостью 4 расширения и компрессорной полостью 5. С камерой 6 может быть соединено средство (не показано) подачи в нее топлива.

Машина в качестве двигателя работает следующим образом.

Через впускной канал 17 происходит всасывание воздуха или топливовоздушной смеси и сжатие ее в компрессорной полости 5. Через патрубок 7 и установленный в нем клапан (не показан) сжатый в компрессорной полости 5 заряд перепускают в полость расширения 4, в которой при помощи элемента зажигания происходит воспламенение заряда. В момент воспламенения заряда величина отношения площади поверхности камеры 6 к площади поверхности лопасти 3, выступающей из ротора 2, то есть рабочей ее поверхности, не превышает 4:1. Расширение горящих газов происходит при увеличивающейся площади рабочей поверхности лопасти 3, что позволяет получить более благоприятную характеристику крутящего момента двигателя. После проведения начальной фазы расширения лопасть 3 поворачивается и подходит к участку корпуса 1, в котором выполнено углубление 8. При этом часть газов перетекает через углубление 8 в соседнюю камеру, что позволяет выровнить давление с обеих сторон рабочей лопасти 3. Таким образом, в начальный момент воспламенения максимальное давление сгорания воспринимается небольшим участком лопасти 3, при наилучшем соотношении площадей камеры 6 и рабочей поверхности лопасти 3, что позволяет либо снизить требования к жесткости лопасти 3, либо увеличить давление сгорания. После перетекания газов через углубление 8 их расширение происходит одновременно в двух соседних камерах и улучшает теплоиспользование продуктов сгорания, выпуск которых осуществляют через выпускной канал 16.

Работа машины в качестве паровой или иной расширительной машины заключается в том, что через патрубок 7 в рабочую камеру подают пар или иное рабочее тело, которое расширяясь, аналогично процессу расширения в двигателе внутреннего сгорания, производит полезную работу, снимаемую с вращающегося ротора 2. Установка дополнительного патрубка 18 подачи рабочего тела в дополнительную камеру переменного объема, расположенную на месте полости 5 позволяет осуществлять реверс ротора 2.

Источники информации
1. А.С. Орлин и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей., М., "Машиностроение", 1980, с. 9-10.

2. Е. И. Акатов и др., Судовые роторные двигатели, Л., "Судостроение", 1967, с.28, рис. 4.

Изобретение может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, объемной расширительной мащины. В роторно-лопастной машине, содержащей корпус и установленный в нем ротор с радиально расположенными лопастями, величина соотношения площади рабочей камеры к площади рабочей поверхности лопасти составляет не более чем 4:1, а на выходе патрубка в корпусе выполнено углубление. Каждая лопасть снабжена крепежным кольцом, расположенным на одном из ее концов. Расстояние между центром крепежного кольца и вторым концом лопасти выполнено не превышающим радиуса внутренней поверхности корпуса. Соосно с корпусом внутри него закреплена неподвижная ось, а по окружности ротора на его периферии выполнены продольные отверстия, в которых установлены пальцы с продольными прорезями. Крепежные кольца лопастей установлены на неподвижной оси, а лопасти расположены в продольных прорезях пальцев. Такое выполнение машины позволяет повысить ее кпд. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Роторно-лопастная машина, содержащая корпус, ротор, снабженный радиально расположенными лопастями и установленный в корпусе с образованием по меньшей мере одной полости переменного объема, выполняющей функции полости расширения, рабочую камеру, расположенную в полости расширения и образованную поверхностями корпуса, ротора и выступающей из ротора рабочей поверхностью лопасти в момент начала подачи в камеру рабочего тела, и сообщенный с рабочей камерой патрубок подачи рабочего тела, отличающаяся тем, что величина соотношения площади рабочей камеры к площади рабочей поверхности лопасти составляет не более чем 4: 1, а на выходе патрубка в корпусе выполнено углубление. 2. Роторно-лопастная машина по п. 1, отличающаяся тем, что углубление в корпусе выполнено с возможностью перепуска части рабочего тела в соседнюю камеру, расположенную с противоположной стороны лопасти, после проведения в рабочей камере по меньшей мере части процесса расширения. 3. Роторно-лопастная машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что ротор установлен в корпусе эксцентрично. 4. Роторно-лопастная машина по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что каждая лопасть снабжена крепежным кольцом, расположенным на одном из ее концов, расстояние между центром крепежного кольца и вторым концом лопасти выполнено не превышающим радиуса внутренней поверхности корпуса, соосно с корпусом внутри него закреплена неподвижная ось, а по окружности ротора на его периферии выполнены продольные отверстия, в которых установлены пальцы с продольными прорезями, при этом крепежные кольца лопастей установлены на неподвижной оси, а лопасти расположены в продольных прорезях пальцев. 5. Роторно-лопастная машина по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двигателя внутреннего сгорания, при этом корпус с ротором образуют дополнительную компрессорную полость, сообщенную при помощи патрубка рабочего тела с рабочей камерой, выполняющей функции камеры сгорания, в которой установлен элемент зажигания, а в углублении корпуса размещен перепускной клапан с возможностью периодического разобщения компрессорной полости и рабочей камеры. 6. Роторно-лопастная машина по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным патрубком подачи рабочего тела, сообщенным с дополнительной полостью переменного объема с возможностью осуществления реверса ротора.