РЕВЕРСИВНЫЙ РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F01D1/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве турбопривода для различных механизмов вращения.

Известна реверсивная турбинная установка, содержащая две турбинные ступени с противоположно вращающимися валами, поочередно соединяемыми с потребителем посредством муфт сцепления. Недостатками конструкции являются сложность и увеличение габаритов из-за наличия муфт сцепления, а также низкая надежность и долговечность вследствие быстрого износа этих муфт [1]
Наиболее близким техническим решением является реверсивный ротационный двигатель вихревого типа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и двумя параллельными кольцевыми рабочими каналами, установленный в корпусе соосно рабочим каналам цилиндрический ротор с двумя соответствующими каналами лопаточными венцами с противоположно ориентированными лопатками и размещенный в корпусе переключающий элемент с приводом для подвода рабочего тела из входного патрубка в соответствующий канал [2] В этой конструкции для реверсирования вращения используют осеподвижный ротор, перемещением которого подключают к работе соответствующие лопаточные венцы, а соответствующие впускные отверстия при этом перекрываются цилиндрической поверхностью ротора. Недостатком конструкции является низкий КПД из-за наличия больших потерь на утечки рабочего тела через зазор между отсекателем и цилиндрической поверхностью ротора, перекрывающей соответствующие впускное отверстие (этот зазор должен быть достаточно велик, так как ротор должен свободно вращаться и перемещаться в корпусе вдоль своей оси). Кроме того, выполнение ротора осеподвижным связано с усложнением конструкции, что снижает надежность машины в целом.

Целью изобретения является увеличение КПД.

Это достигается тем, что в реверсивном ротационном двигателе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого выполнены параллельные кольцевые рабочие каналы, в каждом из которых соосно установлены лопаточные венцы цилиндрического ротора с противоположно ориентированными лопатками и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода переключающий элемент, выполненный в виде установленного в корпусе с возможностью ограниченного перемещения параллельно оси ротора золотника со сквозными отверстиями, параллельными рабочим кольцевым каналам, и с секторной выемкой, расположенной между сквозными отверстиями на расстоянии от них, равном расстоянию между лопаточными венцами, и выполненной на обращенной к ротору поверхности. Секторная выемка выполнена с площадью поперечного сечения равной площади поперечного сечения рабочего кольцевого канала. Золотник выполнен в виде цилиндра. Привод золотника выполнен в виде полостей с каналами, образованных в корпусе двигателя, и в которых соответственно установлены с возможностью перемещения торцевые окончания золотника.

На фиг. 1 изображен реверсивный ротационный двигатель вихревого типа в отключенном состоянии; на фиг.2 то же, один из лопаточных венцов подключен к работе; на фиг.3, 4, 5 разрезы А-А,Б-Б, В-В соответственно на фиг.2.

Реверсивный ротационный двигатель вихревого типа содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2, 3 и двумя параллельными кольцевыми рабочими каналами 4, 5, установленный в корпусе 1 соосно рабочим каналам 4, 5 цилиндрический ротор 6 с двумя соответствующими каналами 4, 5 лопаточными венцами 7, 8 с противоположно ориентированными лопатками и размещенный отсекающий элемент в виде золотника 9 со сквозными отверстиями 10, 11, параллельными рабочим кольцевым каналам для подвода рабочего тела из входного патрубка 2 в соответствующий канал 4, 5. Золотник 9 установлен в корпусе 1 с возможностью ограниченного параллельного оси ротора 6 перемещения для выборочного сообщения рабочих каналов 4, 5 через соответствующие отверстия 10, 11 с входным патрубком 2. На обращенной к ротору 6 поверхности золотника 9 между впускными отверстиями 10, 11 выполнена параллельная рабочим каналам 4, 5 секторная выемка 12 равной по площади поперечного сечения канала 4 или 5, а расстояние l_з между выемкой 12 в близлежащим отверстием 10 (см. фиг.1) в направлении перемещения золотника 9 выбрано равным расстоянию l_в между лопаточными венцами 7, 8 ротора 6. Золотник 9 может быть выполнен цилиндрическим (см. фиг.3, 4 и 5). В этом случае двигатель может быть снабжен приводом для перемещений золотника 9, выполненным в виде полостей 13, 14, размещенных со стороны соответствующих торцев золотника 9, являющегося одновременно поршнем. Золотник 9 подпружинен со стороны торцев пружинами 15, 16, удерживающими его в нейтральном положении, в котором выступ 17 золотника 9 перекрывает отверстие входного патрубка 2 (см. фиг.1). Выступ 17 золотника 11 размещен в продольном пазу 18 корпуса 1, являющемся направляющей при перемещениях золотника 9. Полости 13, 14 выполнены с каналами 19, 20 для подвода рабочей среды.

Двигатель работает следующим образом.

В нейтральном положении (см. фиг.1) золотника 9 его выступ 17 перекрывает отверстие входного патрубка 2 и рабочее тело (например, сжатый воздух) не поступает в машину. Двигатель не работает. При необходимости включить двигатель с вращением, например, против часовой стрелки (см. фиг.2, 3 и 4) в полость 13 подают сжатый воздух. Золотник 9 перемещается в крайнее правое положение, сжимая пружину 16 на противоположном торце. Выступ 17, перемещаясь по пазу 18, открывает отверстие входного патрубка 2 и рабочее тело по пазу 18 через впускное отверстие 10 поступает на лопатки венца 7 и в рабочий канал 4. Проходя по последнему, рабочее тело взаимодействует с лопатками венца 7, приводя ротор 6 во вращение против часовой стрелки (см. фиг.3). Золотник 9 обеспечивает также отвод рабочего тела из канала 4 через выходной патрубок 3. Другая ступень двигателя, состоящая из лопаточного венца 8 и рабочего канала 5, в силу противоположной ориентации лопаток работает в режиме нагнетателя, однако давления этот "нагнетатель" не создает, из-за наличия выемки 12, располагающейся напротив канала 5. Если нет давления, значит нет и потерь на его создание. При необходимости изменить направление вращения сбрасывают давление из полости 13 (золотник 9 принимает при этом нейтральное положение под действием пружины 16) и подают давление в полость 14. Золотник 9 перемещается в крайнее левое положение и работа машины происходит по аналогии с вышеописанным, но ступени, образованные лопаточными венцами 7, 8 и соответствующими каналами 4, 5 меняются ролями.

Изобретение относится к машиностроению, к турбоприводам для различных механизмов вращения. Цель - увеличение КПД двигателя. На лопаточные венцы 7, 8 с противоположно ориентированными лопатками выборочно подается рабочее тело из входного патрубка 2, чем обеспечивается реверсивное вращение ротора 6. Выборочная подача осуществляется золотником 9, выборочно перекрывающим рабочие каналы 4, 5 в зависимости от того, какой из венцов 7, 8 находится в работе. Рабочее тело поступает на лопатки венцов 7, 8 через соответствующие впускные отверстия 10, 11. Выборочное перекрытие каналов 4, 5 золотником 9 обеспечивается наличием на нем выемки 12. Золотник может быть выполнен цилиндрическим и выполнять роль поршня в полостях 13, 14 предназначенных для привода линейных перемещений золотника 9. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. РЕВЕРСИВНЫЙ РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого выполнены параллельные рабочие кольцевые каналы, в каждом из которых соосно установлены лопаточные венцы цилиндрического ротора с противоположно ориентированными лопатками, и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода переключающий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД двигателя, переключающий элемент выполнен в виде установленного в корпусе с возможностью ограниченного перемещения параллельно оси ротора золотника со сквозными отверстиями, параллельными рабочим кольцевым каналам, и с секторной выемкой, расположенной между сквозными отверстиями на расстоянии от них, равном расстоянию между лопаточными венцами, и выполненной на обращенной к ротору поверхности. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что секторная выемка выполнена с площадью поперечного сечения, равной площади поперечного сечения рабочего канала. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что золотник выполнен в виде цилиндра. 4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что привод золотника выполнен в виде полостей с каналами, образованных в корпусе двигателя и в которых соответственно установлены с возможностью перемещения торцевые окончания золотника.