РОТОРНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК F04C2/00 F04C9/00 F04C18/00 

Изобретение относится к машинам с циклически изменяющимися объемами рабочих камер, которые могут быть использованы в качестве насоса, компрессора, детандера, мерного устройства, двигателей внешнего, внутреннего сгорания.

Известна роторно-лопастная машина, содержащая цилиндрический корпус с впускными окнами, открываемыми и закрываемыми лопастями, имеющими возможность вращательно-колебательного движения между корпусом и коаксиально ему смонтированными полыми цилиндрами и щечками, ограничивающими цилиндры с торцев, причем лопасти, образующие рабочие камеры, связаны между собой и выходным валом через механизм связи лопастей, который в известной машине выполнен в виде карданного вала (GB, N1431261, F 1 F, 1976).

Недостатком известной роторно-лопастной машины является то, что она обладает малыми удельными литровой и весовой мощностями, не позволяющими ей конкурировать с традиционными конструкциями, т.к. в известной машине исключена возможность выполнения машины более чем с двумя рабочими камерами и более чем с двумя парами лопастей, соответственно этому ограничено число рабочих ходов за один оборот выходного вала. Кроме того, возможно выполнение машины только с малым углом расхождения лопастей, соответственно с относительно малым объемом рабочей камеры.

Известна роторно-лопастная машина, содержащая цилиндрический корпус с впускными и выпускными окнами, открываемыми и закрываемыми лопастями, имеющими возможность вращательно-колебательного движения между корпусом, и коаксиально ему смонтированными внутренними цилиндрами и щетками, ограничивающими цилиндры с торцев, при чем лопасти, образующие рабочие камеры, связаны между собой и выходным валом через механизм связи лопастей, который в известной машине выполнен в виде элипсовидных шестерен (GB, N 1422678, F 1 F, 1976).

Недостатком известной роторно-лопастной машины является то, что она обладает малыми удельными литровой и весовой мощностями, не позволяющими ей конкурировать с традиционными конструкциями, т.к. в известной машине исключена возможность выполнения машины более чем с двумя парами лопастей, соответственно ограничено число рабочих ходов за один оборот выходного вала. Кроме того, возможно выполнение машины только с малым углом расхождения лопастей, соответственно с относительно малым объемом камеры.

Известна роторно-лопастная машина, выбранная в качестве прототипа, содержащая цилиндрический корпус с впускными и выпускными окнами, открываемыми и закрываемыми лопастями, имеющими возможность вращательно-колебательного движения между корпусом и коаксиально ему смонтированными внутренними цилиндрами, и щечками, ограничивающими цилиндры с торцев, причем лопасти, образующие рабочие камеры, связаны между собой и выходным валом через механизм связи лопастей, который в известной машине выполнен в виде шатуна и сателлита, обегающего шестерню с внутренним зацеплением (GB, N 2074652, F 01 C 1/077,1981).

Недостатком известной роторно-лопастной машины является то, что она обладает малыми удельными литровой и весовой мощностями, не позволяющими ей конкурировать с традиционными конструкциями, т.к. в известной машине исключена возможность выполнения машины более чем с двумя рабочими камерами и более чем с двумя парами лопастей, а также соответственно ограничено число рабочих ходов за один оборот выходного вала. Кроме того, возможно выполнение машины только с малым углом расхождения лопастей, соответственно малым объемом рабочей камеры.

Технической задачей является увеличение литровой и весовой мощностей, путем обеспечения возможности увеличения числа и объема рабочих камер, числа рабочих ходов за один оборот выходного вала.

Технический результат достигается тем, что в роторно-лопастной машине, содержащей цилиндрический корпус с впускными и выпускными окнами, открываемыми и закрываемыми лопастями, имеющими возможность вращательно-колебательного движения между корпусом и коаксиально ему смонтированными внутренними цилиндрами и щетками, ограничивающими цилиндры с торцев, причем лопасти, образующие рабочие камеры, связаны между собой и выходным валом через механизм связи лопастей, согласно изобретению, механизм связи лопастей выполнен в виде жестко закрепленных на выходном валу водил, несущих по меньшей мере один вал, имеющий два эксцентрика и жестко закрепленные шестерни-стеллиты, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами, жестко закрепленными на щечках, а эксцентрики выполнены с противоположно направленными эксцентриситетами и каждый через соответствующую шайбу, имеющую эксцентрично выполненное отверстие, взаимодействующее с эксцентриком, связан со своей группой лопастей посредством диска связи, несущего шайбу, имеющего возможность свободного вращения вокруг эксцентрика и в диске связи.

На фиг. 1 представлен схематический чертеж варианта исполнения роторно-лопастной машины с тремя парами лопастей, продольный разрез Б-Б на фиг. 2), на фиг. 2 представлен продольный разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 7 представлены последовательно фазы рабочего цикла машины при повороте выходного вала от 0^o до 120^o, через каждые 30^o. Угол поворота выходного вала указан на каждой фигуре. Условно не показаны звенья кинематической цепи от выходного вала до лопаток.

Роторно-лопастная машина содержит цилиндрический корпус 1 с впускными окнами 2 4 и выпускными окнами 5 7, открываемыми и закрываемыми лопастями 8 13 имеющие возможность вращательно-колебательного движения между цилиндрическим корпусом 1 и коаксиально ему смонтированными внутренними цилиндрами 14 и 15. Щечки 16 и 17 соединены жестко с корпусом 1 и ограничивают цилиндры 14 и 15 с торцев. Лопасти 8 10 смонтированы совместно на одном внутреннем цилиндре 14; лопасти 11 13 смонтированы также совместно на другом внутреннем цилиндре 15, причем цилиндры 14 15 расположены соосно. Таким образом лопасти, а именно первая и вторая группы лопастей 8 13 попарно связаны с выходным валом 18 через механизм связи лопастей (групп лопастей). Механизм связи лопастей выполнен в виде жестко закрепленных на выходном валу 18 водил 19, несущих по меньшей мере один вал 20, имеющий два эксцентрика 21 и 22 и жестко закрепленные на валу 20 шестерни-сателлиты 23 и 24, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 25 и 26 (в данном варианте исполнения с внутреннем зацеплением), причем зубчатые колеса 25 и 26 жестко закреплены на щечках 16 и 17.

Число пар лопастей, образующих рабочие камеры, соответствует величине соотношения делительных диаметров обегаемых зубчатых колес 25 и 26 и шестерней-сателлитов 23 и 24.

На представленных фигурах дан пример осуществления машины при соотношении указанных выше делительных диаметров 3:1, соответственно машина выполнена с тремя парами лопастей и шестью образуемыми ими рабочими камерами.

Два эксцентрика 21 и 22, имеющиеся на валу 20, выполнены с противоположно направленными эксцентриситетами (смещены относительно друг друга на 180^o). Каждый эксцентрик 21 и 22 через соответствующую шайбу 27 и 28, каждый из которых имеет эксцентрично выполненное отверстие 29 и 30 взаимодействующее с соответствующим эксцентриком 21 и 22, связан каждый со своей группой лопастей: 8 10 или 11 13 посредством своего диска связи 31 и 32, несущего каждый свою шайбу 27 и 28. Сквозь диски связи 31 и 32 свободно пропущен выходной вал 18, причем один диск связи 31 выполнен заодно (в данном варианте исполнения машины) с внутренним цилиндром 14 и лопастями 8, 10, 11, диск 32 связи выполнен заодно ( в данном варианте исполнения машины) с внутренним цилиндром 15 и лопастями 12 14. Эксцентрики 21 и 22 размещены с возможностью свободного вращения в отверстиях 29 и 30 шайб 27 и 28. Шайбы 27 и 28 размещены с возможностью свободного вращения в дисках связи 31 и 32. Если эксцентрики 21 и 22 и шайбы 27 и 28 взаимодействуют с отвечающими им поверхностями с трением скольжения (как в данном на фигурах варианте исполнения машины), то рабочие зазоры и прочие параметры выбирают исходя из условий работы соответствующих подшипников скольжения в данной машине. Возможен вариант исполнения машины, при котором эксцентрики 21 и 22 и шайбы 27 и 28 взаимодействуют с отвечающими им поверхностями с трением качения, например, посредством подшипников с игольчатыми роликами в качестве тел качения, в том случае параметры подшипников качения выбирают исходя из условий работы соответствующих подшипников качения в данной машине.

Роторно-лопастная машина действует следующим образом (вариант выполнения машины в качестве насоса (компрессора), представлен на фигурах). Описание движения лопастей, актов всасывания и выхлопа представлены на примере одной лопасти 11 (из группы лопастей 11 13) и лопастей 8 и 9 (из группы лопастей 8 10) которые образуют две рабочие камеры 33 и 34 (фиг. 4). Прочие лопасти соответствующих групп связаны жестко между собой и движения их идентичны описываемым для лопасти 11 и лопастей 8 и 9. При угле поворота 0^o выходного вала 18, т.е. в положении, изображенном на фиг. 1 и 3, лопасти 8 и 11 сведены вместе эксцентриками 21 и 22 через шайбы 27 и 28 и диски 31 и 32.

Лопасти 8 10 первой группы закрывают окна 5 7 предназначенные для выхлопа, лопасти 11 13 второй группы закрывают окна 2 4, предназначенные для всасывания. При повороте выходного вала 18 внешним вращающим моментом (по часовой стрелки) водила 19 увлекают валы 20 в переносное движение в том же направлении, обе группы лопастей 8 10 и 11 13 также получают первую составляющую угловой скорости своего движения, т.е. им вал 20 сообщает свою собственную переносную угловую скорость движения в направлении по часовой стрелке. При этом шестерни-сателлиты 23 и 24, обегая зубчатые колеса 25 и 26, приводит соответствующий вал 20 во вращение вокруг его собственной оси с угловой скоростью в 3 раза большей (при данном (см. выше) исполнении машины), чем угловая скорость выходного вала 18; направление вращения валов 20 против часовой стрелки, т.е. противоположное направлению вращения выходного вала 18, так что эксцентрики 21 и 22, находясь на одном валу 20 и имея относительно друг друга противоположно направленные эксцентриситеты, в процессе поворота на 180^o (что происходит при повороте выходного вала на 60^o) разводят через шайбы 27 и 28, диски связи 31 и 32 лопасти 8; 11, оппозитные стороны которых, расходясь, образуют одну рабочую камеру 34 и сближают лопасти 11; 9, оппозитные стороны которых, сходясь, сводят на нет объем другой рабочей камеры 34.

Поворот выходного вала 18 на 60^o (фиг. 3 и 4) и вала 20 на 180^o сопровождается всасыванием в расширяющуюся рабочую камеру 33 через открывающее окно 2 и выхлопом из уменьшающейся рабочей камеры 34 через открывающееся окно 5. В положении выходного вала 18 при повороте последнего на 60^o (и вала 20 на 180^o) лопасти 8 10 первой группы закрывают впускные окна 5 7.

Дальнейший поворот выходного вала 18 на угол от 60^o до 120^o (фиг. 6 и 7) и вала 20 на угол от 180 до 360^o приводит к тому, что эксцентрики 21 и 22 (через шайбы 27 и 28 и диски связи 31 и 32) разводят лопасти 9; 11, оппозитные стороны которых, расходясь, образуют одну рабочую камеру 34 и сближают лопасти 8; 11, оппозитные стороны которых, сходясь, сводят на нет объем другой рабочей камеры 33. Это сопровождается всасыванием в расширяющуюся рабочую камеру 34 через открывающееся окно 3 и выхлопом из уменьшающейся рабочей камеры 33 через открывающееся окно 5.

В положении выходного вала 18 при повороте последнего на 120^o (и вала 20 на 360^o) лопасти 11 13 второй группы закрывают впускные окна 2 4, лопасти 8 10 первой группы закрывают выхлопные окна 5 7. Таким образом лопасти, повернувшись в итоге вместе с выходным валом 18 на 120^o (фиг. 7) и эксцентрики, повернувшись на один оборот 360^o, обеспчеивают совершение в каждой рабочей камере индивидуального рабочего цикла, в каждом из которых было всасывание и выхлоп. За один оборот выходного вала 18 (на 360^o) выполняется (при данном на фигурах варианте исполнения) три оборота вала 20 с эксцентриками 21; 22 произойдет шесть схождений и шесть расхождений соответствующих оппозитных сторон лопастей, шесть всасываний и шесть выхлопов, таким образом три пары лопастей, связанных кинематически указанным образом, обеспечивают за один оборот выходного вала удвоенное по отношению к числу пар лопастей число рабочих циклов.

Использование: в машинах с циклически изменяющимися объемами рабочих камер, которые могут быть применены в качестве насоса, компрессора, детандера мерного устройства, двигателей внешнего и внутреннего сгорания. Сущность изобретения: ротор-лопастная машина содержит цилиндрический корпус с впускными и выпускными окнами, открываемыми и закрываемыми лопастями имеющими возможность вращательно-колебательного движения между корпусом и коаксиально ему смонтированными внутренними цилиндрами и щечками ограничивающими цилиндры с торцев, причем лопасти, образующие рабочие камеры, связаны между собой и выходным валом через механизм связи лопастей. Механизм связи лопастей выполнен в виде жестко закрепленных на выходном валу водил, несущих по меньшей мере один вал, имеющий два эксцентрика и жестко закрепленные шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами, жестко закрепленными на щечках, а эксцентрики выполнены с противоположно направленными эксцентриситетами и каждый через соответствующую шайбу имеющую эксцентрично выполненное отверстие взаимодействующее с эксцентриком, связан со своей группой лопастей посредством диска связи, несущего шайбу, имеющую возможность свободного вращения вокруг эксцентрика и в диске связи. 7 ил.

Роторно-лопастная машина, содержащая цилиндрический корпус с впускными и выпускными окнами, открываемыми и закрываемыми лопастями, имеющими возможность вращательно-колебательного движения между корпусом и коаксиально ему смонтированными внутренними цилиндрами, и щечками, ограничивающими цилиндры с торцев, причем лопасти, образующие рабочие камеры, связаны между собой и выходным валом через механизм связи лопастей, отличающаяся тем, что механизм связи лопастей выполнен в виде жестко закрепленных на выходном валу водил, несущих по меньшей мере один вал, имеющий два эксцентрика и жестко закрепленные шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами, жестко закрепленными на щечках, а эксцентрики выполнены с противоположно направленными эксцентриситетами и каждый через соответствующую шайбу, имеющую эксцентрично выполненное отверстие, взаимодействующее с эксцентриком, связан со своей группой лопастей посредством диска связи несущего шайбу, имеющую возможность свободного вращения вокруг эксцентрика и в диске связи.