СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F01C19/10 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторно-поршневым машинам, в особенности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с планетарным движением ротора-поршня, и может быть использовано в роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания по заявке N 93006289/06, опубликованной 30.04.95 (бюл. 12.95).

Известна принятая за прототип система уплотнения рабочих отсеков роторно-поршневого двигателя Ванкель-НСУ (Ханин Н.С., Чистозвонов С.Б. Автомобильные роторно-поршневые двигатели. М.: Машгиз, 1964, с. 110).

Уплотнение рабочих отсеков состоит из радиальных элементов - плоских лопаток, размещенных на заостренных выступах ротора (по одной на каждом выступе), торцовых криволинейных пластинок, размещенных вблизи периферии ротора-поршня (по три планки на каждом торце ротора-поршня) и угловых сухариков, размещенных на стыках радиальных лопаток и торцовых планок (по три сухарика на каждом торце ротора соответственно числу выступов ротора). Под лопатками, торцовыми планками и угловыми сухариками перемещаются гофрированные ленточные пружины, прижимающие перечисленные детали к рабочим поверхностям корпуса и боковых крышек.

Известная система уплотнения имеет следующие недостатки.

1. Большая скорость скольжения уплотнительных радиальных элементов - плоских лопаток, размещенных на вершинах ротора-поршня, по неподвижной имеющей большую протяженность поверхности рабочей полости корпуса и, как следствие этого, повышенный износ рабочей полости и уплотнительных элементов.

2. Высокая температурная напряженность уплотнительных радиальных элементов, находящихся под непосредственным воздействием горячих газов, из-за недостаточного охлаждения заостренных вершин ротора-поршня, приводящая к выгоранию смазки на трущихся поверхностях плоских лопаток, закоксовыванию их, к потере подвижности, западанию, а следовательно к потере герметичности рабочих отсеков и в конечном итоге к его неработоспособности.

3. Размещение на заостренных выступах ротора-поршня одиночных радиальных уплотнительных элементов, что в значительной мере повышает вероятность нарушения герметичности рабочих отсеков.

4. Большое количество стыков между уплотнительными элементами, что также увеличивает вероятность нарушения герметичности рабочих отсеков двигателя.

Решаемая техническая задача состоит в том, чтобы создать систему уплотнения роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания простую по технологии изготовления, долговечную и надежную в работе.

Предлагаемая система уплотнения роторно-поршневого двигателя состоит из элементов радиального уплотнения и элементов торцового уплотнения, при этом элементы радиального уплотнения включают в себя подпружиненные посредством регулируемых винтовых пружин, радиальные, выполненные с наклоном относительно радиального направления, уплотнительные, пластинчатые элементы, взаимодействующие с эллипсной периферийной поверхностью ротора-поршня, размещенные с возможностью перемещения в пазах профильных, например цилиндрических, обойм, закрепленных в соответствующих гнездах корпуса на серединах сторон рабочей полости двигателя, причем в каждой обойме размещены групповые, например сдвоенные пластинчатые уплотнительные элементы, а угол наклона их соответствует сумме угла трения материала пластинчатого уплотнительного элемента по материалу периферийной поверхности ротора-поршня и наибольшего угла между касательной к поверхности ротора-поршня и нормалью к радиусу-вектору профиля в точке касания и направлен против движения ротора-поршня, а элементы торцового уплотнения включают в себя размещенные зеркально на каждом из торцов ротора-поршня по три подпружиненных гофрированными ленточными пружинами кольца прямоугольного сечения, одно из которых, неразрезное, помещено в круглый паз соосно центральному отверстию ротора-поршня и внутри двух также помещенных в круговые пазы разрезных колец, расположенных симметрично на выступах, образующих большой диаметр эллипса, примыкающих к периферии ротора-поршня и пересекающихся между собой в двух местах, расположенных симметрично на малом диаметре эллипса, причем разрез каждого из колец размещен на набегающей стороне ротора-поршня.

Такое конструктивное исполнение системы уплотнения роторно-поршневого двигателя по сравнению с известной имеет ряд преимуществ и способствует повышению долговечности и работоспособности двигателя в целом.

Групповые, например сдвоенные радиальные уплотнительные пластинчатые элементы, более надежно герметизируют отсеки рабочей полости двигателя. Подпружинивание радиальных пластинчатых элементов регулируемыми винтовыми пружинами является более надежным, позволяет производить настройку уплотнения на оптимальный режим работы путем регулирования усилия поджатия уплотнительных элементов к поверхности ротора-поршня, а также производить замену потерявших упругость или поломанных пружин без разборки двигателя.

Наклон пластинчатых уплотнительных элементов относительно радиального направления уменьшает боковую составляющую сил трения пластинчатых уплотнительных элементов в пазах обойм, способствует легкости их перемещения, что в значительной мере повышает надежность работы системы уплотнения, увеличивает износостойкость и долговечность наиболее напряженно работающих деталей двигателя.

Размещение уплотнительных радиальных элементов в корпусе улучшает теплоотвод, повышает надежность и долговечность работы уплотнения. Размещение уплотнительных радиальных элементов в обоймах с цилиндрической посадкой поверхностью улучшает ремонтоспособность двигателя, позволяет легко заменять комплекты изношенных уплотнительных элементов на новые.

Внутренние неразрезные кольца на торцах ротора-поршня являются маслосъемными, изолирующими заполненную смазочным маслом внутреннюю полость от отсеков рабочей полости двигателя.

Внешние разрезные пересекающиеся между собой кольца являются компрессионными, разделяющими совместно с радиальными пластинчатыми уплотнительными элементами камеры рабочей полости, а также дополнительно защищающими внутреннюю заполненную маслом полость от воздействия топливной смеси или выхлопных газов.

На фиг. 1 изображена система уплотнения роторно-поршневого двигателя по заявке N 93006289/06, поперечный разрез по элементам радиального уплотнения и вид на элементы торцового уплотнения; на фиг. 2 - подпружиненные элементы радиального уплотнения, поперечный разрез.

Система уплотнения содержит закрепленные в цилиндрических гнездах на середине сторон рабочей полости корпуса 1 двигателя три цилиндрические обоймы 2, в пазах 3 которых с возможностью перемещения размещены сдвоенные пластинчатые уплотнительные элементы 4, подпружиненные посредством цилиндрических винтовых пружин 5, усилие поджатия которых регулируют резьбовыми пробками 6, а воздействие на уплотнительные элементы 4 осуществляется через толкатели 7, причем уплотнительные элементы 4 наклонены навстречу движению эллипсного ротора-поршня 8 на угол ϕ .

На торцовых поверхностях ротора-поршня 8 система уплотнения содержит по одному неразрезному кольцу 9, размещенному соосно центральному отверстию 10, и по два пересекающихся между собой и примыкающих к периферии ротора-поршня 8 разрезных кольца 11, причем разрез каждого из колец расположен на малом диаметре 12 эллипсной поверхности ротора-поршня 8 на его набегающей стороне, что способствует прижатию силами трения в месте разреза торца одного кольца к наружной поверхности неразрезной части другого. Все уплотнительные кольца для поджатия к уплотняемым поверхностям подпружинены гофрированными ленточными пружинами (на фиг. 1, 2 не изображены).

Использование: система уплотнения может быть использована в машиностроении, а именно в роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания с планетарным движением ротора-поршня. Система уплотнения содержит закрепленные в цилиндрических гнездах на серединах сторон рабочей полости корпуса 1 двигателя цилиндрические обоймы 2, в пазах 3 которых с возможностью перемещения размещены сдвоенные пластинчатые уплотнительные элементы 4, подпружиненные винтовыми пружинами, усилие поджатия которых регулируется резьбовыми пробками. Уплотнительные элементы наклонены навстречу движению эллипсного ротора-поршня 8. На торцевых поверхностях ротора-поршня система уплотнения содержит по одному неразрезному кольцу 9, размещенному соосно центральному отверстию 10, и по два пересекающихся между собой и примыкающих к периферии ротора-поршня разрезных кольца 11, причем разрез каждого из колец расположен на малом диаметре 12 эллипсной поверхности ротора-поршня на его набегающей стороне. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система уплотнения роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания с планетарным движением ротора-поршня, состоящая из элементов радиального уплотнения, выполненных в виде подпружиненных пластинчатых элементов, разделяющих совместно с ротором-поршнем рабочий объем двигателя на рабочие камеры переменного объема, и элементов торцевого уплотнения, подпружиненных гофрированными ленточными пружинами, размещенных в пазах на торцах ротора-поршня и взаимодействующих с боковыми крышками корпуса, отличающаяся тем, что уплотнительные пластинчатые элементы подпружинены регулируемыми винтовыми пружинами, размещены с возможностью перемещения в пазах обойм, закрепленных в профильных гнездах на серединах сторон рабочей полости двигателя, выполнены относительно радиального направления с наклоном, направленным против движения ротора-поршня, а элементы торцевого уплотнения размещены зеркально на каждом из торцов ротора-поршня и содержат по три подпружиненных кольца прямоугольного сечения, одно из которых - неразрезное - помещено в круговой паз соосно центральному отверстию эллипсного ротора-поршня и внутри двух, также размещенных в круговые пазы, разрезных колец, расположенных симметрично на выступах, образующих большой диаметр эллипса, примыкающих к периферии ротора-поршня и пересекающихся между собой в двух местах, расположенных симметрично на малом диаметре эллипса, причем разрез каждого из колец размещен на набегающей стороне ротора-поршня. 2. Система уплотнения по п.1, отличающаяся тем, что наклон каждого уплотнительного пластинчатого элемента выполнен на угол, соответствующий сумме угла трения материала уплотнительного пластинчатого элемента по материалу периферийной поверхности ротора-поршня и наибольшего угла между касательной к поверхности ротора-поршня и нормально к радиусу-вектору эллипсного профиля в точке касания. 3. Система уплотнения по п.1, отличающаяся тем, что в каждой из обойм размещены групповые, например сдвоенные, пластинчатые уплотнительные элементы. 4. Система уплотнения по п.1, отличающаяся тем, что обоймы и профильные гнезда в корпусе выполнены цилиндрической формы.