РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F02B53/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании роторных двигателей для колесного транспорта, грузоподъемных механизмов и гребных винтов судов. Такой двигатель может также использоваться для непосредственного привода во вращение мотор-колеса или ковша экскаватора.

Известен роторный двигатель, содержащий неподвижный полый корпус с кольцеобразным цилиндром и с выпускным отверстием, распределительными заслонками в виде поворотных валиков с выработками-углублениями по форме канала цилиндра, причем в полости корпуса установлен ротор с поршнями, их днищами и выходным валом, а средства впрыска рабочего тела с каналами его подвода размещены в корпусе [1]
Недостатками этого двигателя являются нерациональное использование объема цилиндра из-за сокращения его полезного радиального размера, равного радиусу валиков-заслонок, или бесполезного загромождения его рабочего объема заслонками, сложная форма цилиндра, ограниченного несколькими поверхностями и участками их сопряжения, а также необходимость использования сложной передачи, приводящей валики-заслонки во вращение в зависимости от фазы поворота ротора.

Эти недостатки частично устранены в известном аналогичном роторном двигателе, в котором заслонки выполнены в виде размещенных в пазах корпуса подпружиненных пластин, непосредственно взаимодействующих своими концами со скошенными торцами поршня [2]
Однако взаимодействие и уплотнение заслонок этого двигателя непосредственно с поверхностью поршня вызывает возникновение усилия, прижимающего заслонку к пазу корпуса, что увеличивает опасность их износа и заедания. В этом аналоге каналы подачи рабочего тела выполнены в корпусе и в поршне, при этом очень мала фаза подачи рабочего тела при совпадении каналов корпуса и поршня, что резко ограничивает возможности регулирования рабочего процесса. Кроме того, в этом двигателе неоправданно усложнена конструкция камеры сгорания, выполненной в поршне с расширяющимся сверхзвуковым соплом с перекрываемым критическим сечением, поскольку в поршневой группе практически недостижима сверхзвуковая скорость относительного движения, а на других режимах работа сверхзвукового сопла неэффективна.

Наиболее близким к изобретению является роторный двигатель, содержащий неподвижный полый корпус с кольцеобразным цилиндром и с выпускным отверстием, разделительными заслонками, поворотными рычагами управления заслонками и пазами для них, в плоскости которого установлен дисковый ротор с поршнями, их днищами и выходным валом, и средства впрыска рабочего тела с каналами его подвода, причем рычаги управления установлены в корпусе шарнирно с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения осевой линии цилиндра [3]
Недостатками двигателя-прототипа являются сложная форма его основных сопрягаемых уплотняющих поверхностей и как следствие уменьшение герметичности и удельной мощности из-за утечек рабочего тела через вредные зазоры.

Целью изобретения является повышение герметичности и удельной мощности двигателя, а также упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в роторном двигателе, содержащем неподвижный полый корпус с кольцеобразным цилиндром и с выпускным отверстием, распределительными заслонками, поворотными рычагами управления заслонками и пазами для них, в полости которого установлен дисковый ротор с поршнями, их днищами и выходным валом, и средства впрыска рабочего тела с каналами его подвода, причем рычаги управления установлены в корпусе шарнирно с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения осевой линии цилиндра, цилиндр выполнен тороидальным, рычаг управления сопряженным с пазом корпуса с возможностью размещения в нем заподлицо c поверхноcтью цилиндра, в диcке ротора выполнены каналы подвода рабочего тела, а cредcтва его впрыcка размещены на днище каждого поршня и связаны с каналами подвода.

Повышение герметичности описываемого двигателя достигается за счет простоты выполнения его основных сопрягаемых уплотняющих поверхностей: в форме плоскости, тора, диска, что обеспечивает повышение точности их изготовления, уменьшение вредных зазоров и соответствующее уменьшение объемных потерь рабочего тела. Это одновременно увеличивает удельную мощность двигателя. Кроме того, удельная мощность двигателя повышается за счет полезного использования для вращения ротора реакции струи рабочего тела, истекающей из средств его впрыска, расположенных на поршне.

На фиг. 1 представлен описываемый двигатель в разрезе по оси его цилиндра; на фиг. 2 тот же двигатель в разрезе по оси его вала.

Двигатель содержит неподвижный полый корпус 1 с кольцеобразным тороидальным цилиндром 2, в котором выполнено выпускное отверстие 3 для рабочего тела. В корпусе 1 выполнен паз 4, перпендикулярный кольцевой оси цилиндра 2. В пазу 4 с возможностью поперечного перемещения относительно цилиндра 2 и его герметичного перекрытия установлена разделительная заслонка 5. В корпусе 1 выполнен также паз 6, в котором установлен сопряженный с последним подпружиненный рычаг управления 7, шарнирно соединенный одним концом с корпусом 1 с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной плоскости pасположения осевой линии цилиндра 2, и размещения в пазу 6 заподлицо с поверхностью цилиндра 2. Другим концом рычаг 7 шарнирно соединен с заслонкой 5. При расслабленной пружине рычага 7 цилиндр 2 герметично перекрыт заслонкой 5. В полости корпуса 1 установлен ротор 8 в виде коаксиально закрепленного на выходном валу 9 диска 10 с одним или несколькими дисковыми поршнями 11, снабженными компрессионными кольцами. Поршни 11 прикреплены к диску 10 на его периферии и размещены в тороидальном цилиндре 2 с герметичным прилеганием к его внутренним стенкам, при этом днища поршней 11 перпендикулярны плоскости диска 10. В диске 10 ротора 8 выполнены каналы 12 подвода рабочего тела, а средства его впрыска размещены на днище каждого поршня 11 и выполнены, например, в виде форсунок 13, которые связаны с каналами 12.

Двигатель работает следующим образом.

В начале рабочего хода в замкнутый объем, ограниченный плоскими поверхностями заслонки 5 и днища поршня 11 и тороидальной поверхностью внутренней стенки цилиндра 2, подают под высоким давлением рабочее тело, например пар, сжатый воздух, продукты сгорания топлива или жидкость. Расширяясь и/или накапливаясь в подпоршневой полости цилиндра 2, рабочее тело приводит в движение поршни 11 относительно тороидального цилиндра 2 вдоль его кольцевой оси. Поршни 11 в свою очередь через диск 10 ротора 8 приводят во вращение выходной вал 9, с которого снимается полезная мощность. Движение поршня 11 в цилиндре 2 под действием поступающего рабочего тела происходит до достижения поршнем 11 выпускного отверстия 3, через которое рабочее тело удаляется из полости цилиндра 2, после чего вращение ротора 8 осуществляется по инерции за счет его кинетической энергии, запасенной во время рабочего хода. При дальнейшем движении ротора 8 в период холостого хода поршень 11 подходит к рычагу управления 7 и воздействует на него с усилием, направленным под острым углом относительно направления движения поршня 11. Под действием этого усилия рычаг 7 отодвигает заслонку 5 и утапливает ее в паз 4, открывая тем самым отверстие для прохода поршня 11. После прохода поршня 11 рычаг 7 под воздействием возвратной пружины выдвигает заслонку 5 из паза 4 и заслонка 5 снова герметично перекрывает поперечное сечение цилиндра 2 за поршнем 11. Далее описанный цикл работы двигателя многократно повторяется.

В одном цилиндре 2 может быть последовательно установлено несколько поршней 11 и/или заслонок 5, а на одном валу 9 может быть установлено несколько роторов 8, что позволяет реализовать несколько рабочих ходов за один оборот выходного вала 9 и повысить за счет этого мощность и плавность работы двигателя.

Возможен вариант использования описанного двигателя с неподвижно закрепленным ротором 8 и с отбором полезной мощности от вращающегося корпуса 1. Это может оказаться удобным при конструировании мотор-колес или роторных экскаваторов с непосредственным приводом их активных ковшей.

Ступенчатое или плавное регулирование подачи рабочего тела в цилиндр 2 обеспечивает широкие возможности регулирования момента и мощности двигателя без использования сложных передач.

Использование: изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании роторных двигателей для колесного транспорта, грузоподъемных механизмов и привода гребных винтов судов, а также для непосредственного привода во вращение мотор-колес или ковша экскаватора. Сущность изобретения: роторый двигатель содержит корпус с кольцеобразным тороидальным цилиндром, разделенным подпружиненными заслонками. В цилиндре размещен дисковый ротор с поршнями. При подаче рабочего тела в полость цилиндра через каналы, выполненные в роторе и в поршне, ротор приходит во вращение. При подходе к заслонке поршень воздействует под углом на подпружиненный рычаг управления, в результате чего рычаг и заслонка утапливаются в пазы корпуса, открывая проход поршню. По достижении поршнем выпускного отверстия рабочее тело удаляется через него из цилиндра. 2 ил.

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий неподвижный полый корпус с кольцеобразным цилиндром и выпускным отверстием, разделительными заслонками, поворотными рычагами управления заслонками и пазами для них, в полости которого установлен дисковой ротор с поршнями, их днищами и выходным валом, и средства впрыска рабочего тела с каналами его подвода, причем рычаги управления установлены в корпусе шарнирно с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения осевой линии цилиндра, отличающийся тем, что цилиндр выполнен тороидальным, рычаг управления сопряженным с пазом корпуса с возможностью размещения в нем заподлицо с поверхностью цилиндра, в диске ротора выполнены каналы подвода рабочего тела, а средства его впрыска размещены на днище каждого поршня и связаны с каналами подвода.