РОТОРНАЯ МАШИНА ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F01C1/344 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам объемного расширения, и может быть использовано в качестве силовой установки.

Известна роторная машина объемного расширения, в частности двигатель внутреннего сгорания, содержащая корпус с периферийной и торцовыми поверхностями, последние из которых снабжены замкнутыми направляющими канавками, ротор с жестко связанными с ним торцовыми дисками, причем ротор и диски снабжены радиальными прорезями, лопасти, установленные в прорезях ротора и снабженные цапфами, и ролики, установленные по два на каждой цапфе, причем по меньшей мере один ролик из каждой пары размещен в направляющей канавке торцовой поверхности корпуса (патент США N 3250260, кл. 123-8.45, 1966).

Известна роторная машина объемного расширения, содержащая корпус с периферийной и торцовыми поверхностями, последние из которых снабжены замкнутыми направляющими канавками, ротор с жестко связанными с ним торцовыми дисками, причем ротор и диски снабжены радиальными прорезями, лопасти, установленные в прорезях ротора и снабженные цапфами, размещенными в прорезях торцовых дисков, и ролики, установленные по два на каждой цапфе, причем по меньшей мере один ролик из каждой пары размещен в направляющей канавке торцовой поверхности корпуса, торцовые диски снабжены направляющими пазами, в которых размещены другие ролики из каждой пары, а ротор снабжен цилиндрическими расточками, выполненными в теле ротора в плоскости, перпендикулярной плоскости радиальной прорези, и в них установлены опорные катки, контактирующие с верхней частью лопасти (а.с. СССР N 1301987, кл. F 01 C 1/32, 1987) - ближайший аналог.

Недостатком известных роторных машин является невозможность поддержания постоянного рабочего зазора между лопастью и внутренней поверхностью корпуса из-за циклического изменения угла между радиусом вращения цилиндрической внутренней поверхности корпуса и осью симметрии лопасти, что приводит к необходимости синхронно с этим менять расстояние между направляющей канавкой и внутренней поверхностью корпуса. Такое изменение расстояния обеспечивается приданием направляющей канавке формы в виде замкнутой кривой, состоящей из сопряженных четырех плоских спиралей с общим центром вращения, совпадающим с осью вращения цилиндрического корпуса.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности и долговечности машины, достигается тем, что в роторной машине объемного расширения, содержащей корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, торцовые крышки, которые снабжены замкнутыми направляющими канавками, ротор с жестко связанными с ним торцовыми дисками, причем ротор и диски снабжены радиальными прорезями, лопасти, установленные в прорезях ротора и снабженные цапфами, размещенными в прорезях торцовых дисков, и опорные ролики, установленные по два на каждой цапфе, причем по меньшей мере один ролик из каждой пары размещен в направляющей канавке, направляющие канавки выполнены в форме замкнутой кривой, состоящей из сопряженных четырех плоских спиралей с общим центром вращения, совпадающим с осью вращения цилиндрического корпуса, а промежуточный уплотнительный элемент выполнен в виде усеченного цилиндра, качающегося на оси, проходящей через внешний конец лопасти и параллельной оси ротора, и содержит углубления с уплотнительными пластинами. Поддержание постоянного зазора между лопастью и цилиндрической поверхностью корпуса, а также применение качающегося на оси промежуточного элемента уплотнения позволяет улучшить уплотнение рабочего тела и достигнуть указанного технического результата.

На фиг. 1 изображена роторная машина объемного расширения, на фиг. 2 показан промежуточный уплотнительный элемент, на фиг. 3 представлена направляющая канавка.

Роторная машина объемного расширения содержит корпус 1 с цилиндрической внутренней поверхностью 2, крышки 3 корпуса 1 с торцевыми поверхностями 4, в которых выполнены замкнутые направляющие канавки 5, ротор 6 с жестко связанными с ним торцовыми дисками 7, причем ротор 6 и диски 7 снабжены радиальными прорезями 8 и 9, лопасти 10, установленные в прорезях 8 и снабженные цапфами 11, размещенными в прорезях 9, и опорные ролики 12 и 13, установленные по два на каждой цапфе 11, причем ролик 12 размещен в направляющей канавке 5, а ролик 13 - в направляющем пазу 14, выполненном в торцовом диске 7. Промежуточный уплотнительный элемент 15 выполнен в виде усеченного цилиндра, качающегося на оси 16, проходящей через внешний конец лопасти 10 параллельно оси ротора 6, содержит углубления 17 с уплотнительными пластинами 18.

Направляющие канавки 5 выполнены в форме замкнутой кривой, состоящей из сопряженных четырех плоских спиралей с общим центром вращения "О", совпадающим с осью вращения цилиндрического корпуса, причем первая спираль "AB" симметрична четвертой спирали "B₁A", а вторая спираль "BC" симметрична третьей спирали "CB₁", радиусы R₁ и R₉ - минимальны, радиусы R₄ и R₁₀ - максимальны, "О₁" - центр вращения ротора 6. Угол α - угол между радиусом вращения цилиндрической внутренней поверхностью корпуса и осью симметрии лопасти 10 (фиг. 3).

Машина работает следующим образом.

Рабочее тело под давлением через окно "a" подается в рабочую камеру "b". Под действием рабочего тела лопасти 10 вращают ротор 6. Расширившееся рабочее тело, совершив полезную работу, выходит в атмосферу через окно "a₂". Ролики 12 и 13, взаимодействуя с направляющими канавками 5, пазами 14 и лопастями 10, обеспечивают перемещение лопастей 10 в прорезях 8 без перекосов и с пониженными механическими потерями.

Роторная машина объемного расширения может быть использована в качестве силовой установки. Насос содержит корпус, торцевые крышки с замкнутыми направляющими канавками, ротор с торцевыми дисками, лопасти, установленные в прорезях ротора. Канавки выполнены в форме замкнутой кривой, состоящей из сопряженных четырех плоских спиралей с общим центром вращения, совпадающим с осью вращения цилиндрического корпуса. Промежуточный уплотнительный элемент выполнен в виде усеченного цилиндра, качающегося на оси, проходящей через внешний конец лопасти и параллельной оси ротора, и содержит углубления с уплотнительными пластинами. Повышается надежность и долговечность машины. 3 ил.

Роторная машина объемного расширения, содержащая корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, торцевые крышки, которые снабжены замкнутыми направляющими канавками, ротор с жестко связанными с ним торцевыми дисками, причем ротор и диски снабжены радиальными прорезями, лопасти, установленные в прорезях ротора и снабженные цапфами, размещенными в прорезях торцевых дисков, и опорные ролики, установленные по два на каждой цапфе, причем по меньшей мере один ролик из каждой пары размещен в направляющей канавке, отличающаяся тем, что направляющие канавки выполнены в форме замкнутой кривой, состоящей из сопряженных четырех плоских спиралей с общим центром вращения, совпадающим с осью вращения цилиндрического корпуса, а промежуточный уплотнительный элемент выполнен в виде усеченного цилиндра, качающегося на оси, проходящей через внешний конец лопасти и параллельной оси ротора, и содержит углубления с уплотнительными пластинами.