РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА С ПЕРЕМЕННОЙ ФИКСАЦИЕЙ ПОРШНЕЙ Российский патент 1997 года по МПК F01C1/73 F02B53/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при проектировании роторно-поршневых машин двигателей, насосов и компрессоров.

Известен тепловой двигатель с концентрически вращающимися поршнями, где зоны высокого и низкого давления разделены вращающимися клапанами дисками, через выемки которых проходят поршни [1]
Недостатками этого двигателя являются сложная конструкция и низкая надежность.

Наиболее близким к изобретению является роторно-поршневая машина с торообразной рабочей полостью, разделенной поршнями на камеры переменного объема, ротор и статор. Поршни находятся во взаимно чередующемся действующемся взаимодействии; имеются также свечи зажигания и форсунки [2]
Недостатками этой машины являются низкий КПД, сложная конструкция и ограниченные функциональные возможности.

Изобретение решает в комплексе несколько задач, а именно создание машины с высоким КПД, упрощение конструкции, обеспечение надежного и долговечного уплотнения.

Указанные задачи решаются за счет того, что машина снабжена дополнительным внешним статором, охватывающим ротор и имеющим выступы-кулачки, и приводным элементом, размещенным внутри первого статора и имеющим кулачки; при этом фиксирующие устройства установлены с возможностью взаимодействия с кулачками приводного элемента и внешнего ротора и статора.

На фиг. 1 схематично изображена описываемая машина; на фиг. 2 вариант выполнения машины в качестве ДВС; продольные разрезы А-А и Б-Б; на фиг. 3 - разрезы В-В и Г-Г на фиг. 2; на фиг. 4 проиллюстрирована по позициям последовательность фиксации поршней при выполнении машины в виде ДВС; на фиг. 5 вариант выполнения машины в качестве гидропневмодвигателя; на фиг. 6 - вариант выполнения машины в качестве компрессора.

Пояснения к фиг. 4.

Поз. 1: поршни 2а, 2 в зафиксированы на роторе, поршни 2б, 2г на статоре, между 2а и 2б такт "Cжатие", между 2б и 2в "Hабочий ход", между 2в и 2г
"Выпуск", между 2г и 2а "Впуск".

Поз. 2 поршни 2а, 2б, и 2г зафиксированы на статоре, а поршень 2в на роторе, между 2а и 2б сжатая топливно-воздушная смесь, между 2б и 2в - "Рабочий ход", между 2в и 2г "Выпуск", между 2г и 2а "Впуск".

Поз. 3 поршни 2а, 2б зафиксированы на роторе, а поршни 2в, 2г на статоре, между 2а и 2б подготовительные операции к такту "Рабочий ход", между 2б и 2в окончание такта "Рабочий ход" и "Выпуск", между 2в и 2г окончание такта "Выпуск", между 2г, 2а "Впуск".

Поз. 4 поршень 2б зафиксированы на роторе, поршень 2а перемена фиксации с ротора на статор, а поршни 2в, 2г со статора на ротор, между 2а и 2б - начало такта "Рабочий ход", между 2б и 2в начало такта "Выпуск", между 2в, 2г продувка, между 2г, 2а окончание такта "Впуск".

Роторно-поршневая машина содержит ротор 1 с кольцевой полостью, в которой расположены поршни 2а 2г, статор 3 с отверстиями 4, 5 для впуска и выпуска рабочей среды, приводной элемент 12 с кулачками 9а 9г, установленные на статоре 3 фиксирующие устройства 6а 6г, установленные на роторе 1 фиксирующие устройства 7а 7г. Ротор 1 охвачен внешним статором 11 с управляющими выступами кулачками 8а 8г на внутренней поверхности, обращенной к ротору 1. Машина снабжена свечой зажигания или форсункой для топлива 10, а поршни 2а 2г компрессионными планками 13.

Машина работает следующим образом. Вращающийся ротор 1 с поршнями 2а, 2в и неподвижными поршнями 2б, 2г, закрепленными на статоре 3, делит полость на четыре камеры. Поршни 2а, 2в с помощью фиксирующих устройств 7б, 7г сближаются с поршнями 2б, 2г. При этом между поршнями 2а, 2б осуществляется такт "Сжатие", а между поршнями 2б, 2в "Рабочий ход", между поршнями 2в, 2г - выпуск отработанных газов через отверстия 5, между поршнями 2г, 2а впуск воздуха через отверстие 4. Поршни 2а, 2в, совместившись с фиксирующими устройствами 6а, 6в на статоре 3 под воздействием кулачков 8а, 8в статора 11 закрепляются на статоре 3, освобождаясь от ротора 1. При дальнейшем вращении ротора 1 его фиксирующие устройства совмещаются: 7а с поршнем 2а, 7в с поршнем 2в. Под воздействием кулачков 9а 9г приводного элемента 12 поршни 2а 2г закрепляются на роторе 1, освобождаясь от статора 3. Поршни 2а, 2в совмещаются с кулачками 8б, 8г на статоре 11 и приводят в действие фиксирующие устройства 6б, 6г, закрепляющие эти поршни на статоре 3. При этом в объеме сжатого газа, заключенного между поршнями 2а, 2б, происходит воспламенение топлива от свечи 10 (или от впрыска форсунки и т.п.). Расширяясь, газы воздействуют на поршень 2б и производят рабочий ход. Другая сторона этого поршня вытесняет отработанные газы через выпускное отверстие 5, приближаясь к поршню 2в. Процесс перемены фиксации поршней далее повторяется, обеспечивая осуществление тактов машины.

Использование: в энергомашиностроении при проектировании роторно-поршневых машин-двигателей, насосов и компрессоров. Сущность изобретения: машина содержит два коаксиальных статора и размещенный между ними ротор. Внутри внутреннего статора расположен приводной элемент с кулачками, а на внутренней поверхности внешнего статора выполнены управляющие выступы - кулачки. Поршни делят кольцевую рабочую полость на камеры переменного объема. Имеются фиксирующие устройства, взаимодействующие с кулачками статора и приводного элемента и обеспечивающие при взаимодействии переменную фиксацию поршней относительно статора и ротора. 1 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Роторно-поршневая машина с переменной фиксацией поршней, содержащая ротор, статор, расположенный в нем с образованием кольцевой полости, и по меньшей мере четыре поршня, размещенные в полости с образованием рабочих камер переменного объема и посредством фиксирующих устройств связанные с ротором и статором, причем в последнем выполнены отверстия для впуска и выпуска рабочей среды, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным внешним статором, охватывающим ротор и имеющим на обращенной к нему поверхности управляющие выступы, и приводным элементом, расположенным внутри статора и имеющим кулачки, фиксирующие устройства установлены на роторе и статоре с возможностью взаимодействия с выступами и кулачками внешнего статора и приводного элемента соответственно, а поршни установлены с возможностью переменной фиксации относительно ротора и статора при взаимодействии фиксирующих устройств с выступами и кулачками, при этом отверстия в статоре сгруппированы по два с возможностью двуступенчатого выпуска рабочей среды. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что поршни снабжены компрессионными планками.