ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА С ПОРШНЕВЫМИ УПЛОТНЕНИЯМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК F01C1/63 F02B53/00 F04C2/63 F01C19/00 

Машина может быть использована в двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрессорах и других машинах.

Из патентной литературы известны машины, кольцевые рабочие камеры которых в поперечном сечении имеют прямоугольную, круглую или треугольную форму:
FR, 844351 A, кл. 46 а⁵
US, 3301193 A, кл. 418 - 36
PL, 15010 A, кл. 46 а⁵
RU, 3784 U1, кл. F 02 B 53/00
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (US, патент 1928994, кл. F 01 C 1/42, 1933 г.), принятый для предложенных изобретений в качестве прототипа, содержащий неподвижное корпусное кольцо, установленные в нем соосные или концентричные валы, кольцевую рабочую камеру, в поперечном сечении имеющую треугольную форму, и две пары лопастных поршней. При этом две конические стороны рабочей камеры образованы стенками неподвижного корпусного кольца, а третья - цилиндрическая поверхность соосных валов. Данная конструкция имеет следующие недостатки: на соосных валах трудно разместить и закрепить поршни, трудно подать, а главное, удалить смазочно-охлаждающую среду, т. е. нельзя смыть нагар и предотвратить закоксовывание масла в рабочей камере из-за невозможности выполнить отверстия в неподвижных стенках, не нарушив ее герметичность. У такой машины очень малый срок работы уплотнительных элементов, в районе стыка соосных валов, так как две расположенные детали цилиндрической формы трудно выполнить одинаковыми и установить без радиального биения. Поэтому возникновение щели в этом месте неизбежно. Такие же недостатки свойственны и камерам, в поперечном сечении имеющим круглую и прямоугольную форму.

Задачей изобретения является обеспечение герметичности рабочей камеры за счет улучшения уплотняющих свойств.

Технический результат достигается за счет того, что объемная роторная машина с поршневыми уплотнениями содержит неподвижное корпусное кольцо, установленные в нем соосные или концентричные валы, кольцевую рабочую камеру, имеющую в поперечном сечении треугольную форму, и две пары лопастных поршней, при этом две боковые стенки рабочей камеры жестко связаны с валами, а третья образована корпусным кольцом, поршни размещены и закреплены на боковых стенках, при этом в этих стенках выполнены выемки, в которых установлены поршневые уплотнения.

Такое выполнение рабочей камеры, когда вершина треугольной в поперечном сечении камеры обращена к оси вращения, обеспечивает также и увеличение объема камеры машины, если сравнивать ее с машинами таких же габаритов. На подвижных стенках стало возможным проще разместить и надежнее закрепить лопастные поршни и выполнить необходимые отверстия для подачи смазочно-охлаждающей среды к поршням и к рабочим поверхностям камеры и отвода ее в картерные полости корпуса.

То обстоятельство, что места контактов сопрягаемых деталей камеры совпадают с вершинами треугольника, дает возможность лучше уплотнить камеру в поперечном сечении, т. к. при радиальном биении может образоваться только точечное отверстие, а не щель. И в треугольной фигуре требуется меньшее количество уплотнительных элементов.

Такая конструкция кольцеобразной рабочей камеры создает лучшие условия для установки на поршнях более надежной и более долговечной системы уплотнений.

Технический результат достигается и за счет того, что объемная роторная машина с поршневыми уплотнениями содержит кольцевую рабочую камеру, имеющую в поперечном сечении треугольную форму, и две пары лопастных поршней, при этом поршни закреплены на подвижных стенках рабочей камеры и снабжены подпружиненными уплотнительными элементами, установленными в поршневых канавках и выполненными в виде планок V-образной формы, концы которых вставлены в выемки, выполненные в стенках. Планки выполнены в виде отдельных полосок и уложены в канавки в один или несколько слоев.

По высоте и ширине поперечного сечения эти планки будут иметь размеры, аналогичные тем, какие имеют общеизвестные поршневые кольца. В канавках уложены и пружинящие элементы. В районе установки и закрепления поршней появилась возможность ставить концы планок в стенке, т.е. за пределы рабочих поверхностей, для чего в стенках заранее выполняют глухие выемки или пазы с последующим заглушением, отчего увеличивается лабиринт с одновременным уменьшением зазоров, значит надежность герметизации повышается, а планки по мере износа могут выдвигаться, не снижая плотность перекрытия, во много раз увеличивая срок службы уплотнений. Предложенная конструкция объемной роторной машины создает лучшие условия для установки на поршнях более надежной и более долговечной системы уплотнений.

Объемная роторная машина с поршневыми уплотнениями схематически изображена на чертежах:
на фиг. 1 показан вид спереди на рабочую камеру,
на фиг. 2 показано поперечное сечение рабочей камеры.

Машина содержит корпусное кольцо 9, с наружной стороны которого может быть проточен желоб, по которому, с целью охлаждения, может циркулировать жидкость. В корпусном кольце выполнены окно 3 для всасывания воздуха или рабочей смеси (если машина используется как ДВС) и окно 4 для выпуска воздуха или отработанных газов (если машина используется как ДВС). В корпусном кольце установлены соосные или концентричные валы 6 и 8. Машина содержит две пары лопастных поршней 2, при этом одна пара поршней установлена и закреплена на стенке 5 вала 6, а другая установлена и закреплена на стенке 7 вала 8. При этом образуется рабочая камера, имеющая в поперечном сечении треугольную форму, и две стороны которой образованы боковыми подвижными стенками 5 и 7, а третья образована корпусным кольцом 9.

С целью охлаждения поршней в крепежных деталях могут быть выполнены отверстия 10. Между рядами поршневых уплотнений для подачи смазки к рабочим поверхностям камеры могут быть выполнены отверстия 11, а для ее отвода - отверстия12.

На поршнях 2 прорезаны канавки, в которые укладываются уплотнительные V-образные планки 13, концы которых введены в выемки или пазы стенок. По конструктивным и технологическим соображениям пазы могут выполняться как продолжение канавок, с последующим плотным закрытием их кольцами 14, 15 и 16 с выемками и проточками для создания лабиринтов. Предварительное поджатие уплотнительных планок 13 осуществляется пружинами 17, концы которых, также будучи вставлены в выемки стенок с минимальными зазорами, будут выполнять роль дополнительных уплотнений. По тем же технологическим соображениям планки 13 могут быть выполнены и в виде отдельных полосок, при этом их соединение в углу может осуществляться "внахлестку" со взаимным обнижением концов, или "впритык" с прямолинейной или ступенчатой притиркой и по др. вариантам. С процессе работы камера с треугольной формой в поперечном сечении, в которой две боковые стенки являются подвижными, может охлаждаться со стороны картерной полости струями масла, направленными к вершинам конусов, и центробежной силой масло будет направляться к основаниям их, омывая и охлаждая стенки, и при этом масло будет попадать в отверстия 10 и 11. Протекая между рядами планок, оно через отверстия 12 будет отводиться обратно в картерные полости. Если машина используется как двигатель внутреннего сгорания и смонтирована с силовым механизмом, имеющим эксцентриковые валы, снабженные зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении с центральным неподвижным колесом, то скорость перемещения поршней относительно корпуса при их взаимном сближении будет минимальной, т.е. в районе окон 3 и 4 действие центробежных сил будет незначительным и выброс масла будет небольшим.

Пружины 17 будут прижимать планки 13 не только к рабочим поверхностям, но загнутыми концами будут поджимать к углу, т.е. в направлении соединения противоположной стенки с неподвижным кольцом 9. Подобно поршневым кольцам, планки 13 будут прижиматься и действием горящих газов, попадающих под них через предусмотренные зазоры. Для повышения надежности герметизации концы планок должны входить в выемки стенок с меньшими зазорами, чем они уложены в канавки поршней.

Работа объемной роторной машины, выполненной как двигатель внутреннего сгорания и смонтированной с силовым механизмом, будет происходить по четырехтактному циклу, причем все четыре такта совершаются одновременно по разные стороны поршней. В процессе работы под действием горящих газов ( а не по инерции) перемещаются поршни обоих валов. За один оборот выходного вала, и в то же время за полный оборот обоих валов с поршнями, происходит четыре рабочих процесса. Если конструктивно (как изображено на чертеже) взят наибольший угол взаимного разворота поршней 135^o, то в процессе работы одна пара поршней повернется относительно корпуса на 135^o, а вторая пара - на 45^o. Затем поршни, совершившие поворот на 45^o, при следующем рабочем процессе совершат поворот на 135^o, а другие - на 45^o и т.д. Поскольку силовой механизм содержит коленчатые валы, то вращение валов с поршнями происходит по синусоидальному циклу, т.е. без ударов. Относительно друг друга поршни раздвигаются на угол 90^o, и при этом газы перемещают оба поршня одновременно, т.е. работа совершается посредством обоих валов, а не поочередно.

Машина может быть использована как двигатель внутреннего сгорания, насос, компрессор или другая машина. В корпусном кольце установлены соосные или концентричные валы. Кольцевая рабочая камера имеет в поперечном сечении треугольную форму, при этом две боковые стенки камеры жестко связаны с валами, а третья образована корпусным кольцом. Поршни размещены и закреплены на боковых стенках. Поршни могут быть снабжены подпружиненными уплотнительными элементами, установленными в поршневых канавках и выполненными в виде планок V-образной формы, концы которых вставлены в выемки, выполненные в стенках. Предположенная форма рабочей камеры и конструкция уплотнительных элементов обеспечивают герметичность рабочей камеры. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Объемная роторная машина с поршневыми уплотнениями, содержащая неподвижно корпусное кольцо, соосные или концентричные валы, кольцевую рабочую камеру, имеющую в поперечном сечении треугольную форму, и две пары лопастных поршней, отличающаяся тем, что две боковые стенки рабочей камеры жестко связаны с валами, а третья образована корпусным кольцом, поршни размещены и закреплены на боковых стенках, при этом в этих стенках выполнены выемки, в которых установлены поршневые уплотнения. 2. Объемная роторная машина с поршневыми уплотнениями, содержащая кольцевую рабочую камеру, имеющую в поперечном сечении треугольную форму, и две пары лопастных поршней, отличающаяся тем, что поршни закреплены на подвижных стенках рабочей камеры и снабжены подпружиненными уплотнительными элементами, установленными в поршневых канавках и выполненными в виде планок V-образной формы, концы которых вставлены в выемки, выполненные в стенках. 3. Объемная роторная машина по п.2, отличающаяся тем, что планки выполнены в виде отдельных полосок и уложены в канавки в один или несколько слоев.