РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F01C1/113 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству роторно-поршневых машин, и может быть использовано как двигатель внутреннего сгорания или как компрессор.

Известна роторно-поршневая машина, содержащая корпус с всасывающим и нагревательным патрубками, размещенные в корпусе с взаимным эксцентриситетом полый наружный ротор с внутренними выступами, равномерно расположенными по окружности, и внутренний ротор с цилиндрическими выступами, установленный внутри наружного ротора с образованием рабочих камер между выступами роторов, направляющий элемент, расположенный во всасывающем патрубке и ориентированный в направлении вращения роторов с образованием перепускного канала между поверхностями направляющего элемента и наружного ротора (А.С. N 1620659, F 01 C 1/10, опубл. 15, 01.91. Бюл. 2).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранная в качестве прототипа роторно-поршневая машина, содержащая корпус и расположенные в нем с взаимным эксцентриситетом один в другом два ротора, внутренний и наружный, с криволинейными цилиндрическими выступами и впадинами, при этом роторы установлены с возможностью контакта части их выступов и впадин между собой с образованием рабочих камер, а на выступах наружного ротора выполнено по две продольные уплотнительные кромки углового профиля, разнесенные одна относительно другой в направлении движения ротора (А.С. N 1563598, F 01 C 1/10, опубл. 07.05.90, Бюл. 17).

Недостатком известных роторно-поршневых машин является то, что поверхности взаимодействия роторов образованы сложными кривыми, в частности эпициклоидной и гипоциклоидной. Это требует сложной технологии и высокоточной техники изготовления такой машины, уменьшает надежность и экономичность при эксплуатации.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении КПД и экономичности машины за счет улучшения уплотнения рабочего тела, повышении надежности и технологичности изготовления за счет применения простейших форм и поверхностей деталей. Он достигается тем, что роторно-поршневая машина объемного расширения, содержащая корпус и расположенные в нем с взаимным эксцентриситетом элементы, дополнительно снабжена промежуточным элементом, взаимодействующим с обоими роторами и корпусом с образованием рабочих камер и выполненным в виде поршневого блока, состоящего из двух оппозитных поршней, жестко связанных с тыльной стороны элементами с параллельными друг другу прорезями, при этом внутренний ротор, размещенный внутри поршневого блока, выполнен из полуосей, торцевых элементов, жестко связанных между собой внутри наружного ротора, а наружный ротор выполнен с двумя оппозитными выемками, параллельными друг другу и оси ротора, совпадающей с осью вращения корпуса. Наружный ротор выполнен в форме цилиндра с двумя углублениями для уменьшения поверхности трения, двумя полостями для уменьшения массы ротора, двумя выемками для прохода элементов поршневого блока, а оппозитные выемки выполнены с закругленными внутренними углами. Торцевые элементы внутреннего ротора выполнены в виде дисков, которые связаны между собой пальцами с роликами, взаимодействующими с поршнями поршневого блока. Уплотнительные элементы расположены на торцовых и радиальных поверхностях трения наружного ротора и на поверхности трения поршней поршневого блока. Элементы, связывающие поршни блока, выполнены в виде параллельных друг другу пластин, охватывающих с торцов наружный ротор, а рабочие поверхности поршней выполнены в виде цилиндрических сегментов.

На фиг. 1 представлена общая проекция роторно-поршневой машины.

На фиг. 2 представлена боковая проекция машины.

Роторно-поршневая машина объемного расширения содержит корпус 1 с цилиндрической поверхностью 2, торцевые крышки корпуса 3, которые имеют цилиндрические углубления 4, внутренний ротор, размещенный внутри поршневого блока и состоящий из двух торцевых элементов в виде дисков 5, расположенных в углублениях 4, выполненных вместе с полуосями 6 и жестко связанных между собой внутри наружного ротора 9 пальцами 7 с роликами 8, взаимодействующими с поршнями 13 поршневого блока, и имеющий ось вращения О с эксцентриситетом к параллельной ей оси вращения О₁ цилиндрического корпуса 1. Наружный ротор 9 выполнен в форме цилиндра с двумя радиальными углублениями 10 для уменьшения поверхности трения, двумя полостями 11 для уменьшения его массы, двумя выемками 26 для прохода элементов поршневого блока, имеет две оппозитные выемки 12 с закругленными внутренними углами 27 и стенками, параллельными друг другу и оси ротора 9, совпадающей с осью вращения О₁ корпуса. Промежуточный элемент, взаимодействующий с обоими роторами и корпусом с образованием рабочих камер А и А₁, выполнен в виде поршневого блока и состоит из двух оппозитных поршней 13 с рабочей поверхностью 14 в форме цилиндрического сегмента, жестко связанных с тыльной стороны элементами в виде параллельных друг другу пластин 15, с параллельными друг другу прорезями 16, охватывающих с торцов наружный ротор 9. Прорези 16 служат для прохода пальцев 7 с роликами 8 внутреннего ротора. Во внутреннее пространство корпуса 1 открываются отверстия 17 со свечой зажигания 18, впускные 19 и выпускные 20 каналы, запираемые клапанами 21. Уплотняется рабочее тело уплотнительными элементами, расположенными на торцевых 22 и радиальных 23 поверхностях трения наружного ротора 9 и на фронтальной 24 и боковой 25 поверхностях трения поршней 13. Объемы, заключенные между цилиндрической внутренней поверхностью корпуса 2, торцевыми крышками корпуса 3, стенками выемок наружного ротора 12 и рабочей поверхностью 14 поршней 13, являются рабочими камерами А и А₁, которые перемещаются по окружности по мере вращения роторов.

Машина работает следующим образом. Рабочее тело через впускные клапаны 19 подается в рабочую камеру А. Далее рабочее тело расширяется либо потому, что предварительно сжато, либо вследствие процессов сгорания топлива. При этом рабочее тело воздействует на рабочую поверхность 14 поршня 13 и, если поршень не находится в верхней мертвой точке, то он давит на ролики 8 внутреннего ротора так, что равнодействующая этого давления не проходит через ось вращения внутреннего ротора О. Возникает вращающий момент, стремящийся повернуть внутренний ротор вокруг его оси вращения О. По мере вращения внутреннего ротора синхронно с ним в том же направлении вращается и поршневый блок, но вследствие периодического несовпадения их осей вращения, ролики 8 внутреннего ротора периодически смещаются вдоль прорези 16 по отношению к направлению равнодействующей давления поршня, что увеличивает момент вращения внутреннего ротора. Поршневый блок, в свою очередь, сообщает вращающий момент наружному ротору 9 в том же направлении, но вследствие периодического несовпадения осей вращения, поршень 13 смещается относительно стенки выемки 12 наружного ротора 9. Таким образом рабочая камера А увеличивается и рабочее тело, расширяясь, совершает полезную работу. Через выпускные каналы 20 рабочее тело выходит из рабочей камеры А.

Роторно-поршневая машина объемного расширения может быть использована как двигатель внутреннего сгорания или как компрессор. Роторно-поршневая машина объемного расширения содержит корпус и расположенные в нем с взаимным эксцентриситетом один в другом два ротора, внутренний и наружный, уплотнительные элементы, промежуточный элемент, взаимодействующий с обоими роторами и корпусом с образованием рабочих камер. Промежуточный элемент выполнен в виде поршневого блока, состоящего из двух оппозитных поршней, жестко связанных с тыльной стороны элементами с параллельными друг другу прорезями. Внутренний ротор размещен внутри поршневого блока, выполнен из полуосей, торцевых элементов, жестко связанных между собой внутри наружного ротора. Наружный ротор выполнен с двумя оппозитными выемками со стенками, параллельными друг другу и оси ротора, совпадающей с осью вращения корпуса. Повышается КПД, экономичность, надежность и технологичность изготовления. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Роторно-поршневая машина объемного расширения, содержащая корпус и расположенные в нем с взаимным эксцентриситетом один в другом два ротора, внутренний и наружный, уплотнительные элементы, отличающаяся тем, что машина снабжена промежуточным элементом, взаимодействующим с обоими роторами и корпусом с образованием рабочих камер и выполненным в виде поршневого блока, состоящего из двух оппозитных поршней, жестко связанных с тыльной стороны элементами с параллельными друг другу прорезями, при этом внутренний ротор, размещенный внутри поршневого блока, выполнен из полуосей, торцевых элементов, жестко связанных между собой внутри наружного ротора, а наружный ротор выполнен с двумя оппозитными выемками со стенками, параллельными друг другу и оси ротора, совпадающей с осью вращения корпуса. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что наружный ротор выполнен в форме цилиндра с двумя углублениями для уменьшения поверхности трения, двумя полостями для уменьшения массы ротора, двумя выемками для прохода элементов поршневого блока, а оппозитные выемки выполнены с закругленными внутренними углами. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что торцевые элементы внутреннего ротора выполнены в виде дисков, которые связаны между собой пальцами с роликами, взаимодействующими с поршнями поршневого блока. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительные элементы расположены на торцевых и радиальных поверхностях трения наружного ротора и на поверхностях трения поршней блока. 5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что элементы связывающие поршни блока, выполнены в виде параллельных друг другу пластин, охватывающих с торцов наружный ротор, а рабочие поверхности поршней выполнены в виде сегментов.