РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК F01C1/63 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус с всасывающими и выхлопными окнами, торцевую крышку, центральный вал и два лопастных ротора, валы которых установлены на центральном валу соосно. Периодичность изменения скоростей вращения роторов осуществляется механизмом связи, установленным эксцентрично с наружной стороны торцевой крышки, с возможностью его вращения вокруг своей оси на опорных подшипниках. Два водила попарно жестко закреплены на концах валов каждого ротора, а свободные концы водил шарнирно связаны посредством тяг с полуосью, которая входит в радиальный паз третьего ведомого водила [1].

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является то, что тяги, соединяющие водила лопастных роторов, периодически изменяют свое направление на противоположное при вращении, что приводит к значительным инерционным нагрузкам и уменьшает надежность двигателя.

Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий полый цилиндрический корпус, в котором установлены две поворотные лопасти, боковые диски и рабочий вал, а также выходной вал и механизм преобразования движения, имеющий две пары эллиптических шестерен. Одна из шестерен каждой пары установлена на выходном валу, другая связана с лопастями. Каждая из шестерен жестко связана с одним из рабочих валов и одним из боковых дисков [2].

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является наличие выходного вала, который уменьшает размеры полезного объема двигателя, что приводит к снижению кпд, кроме того, консольное крепление поворотных лопастей к боковым дискам уменьшают прочность и надежность соединения.

Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа роторная машина [3], содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения, с обеих сторон торцевых крышек, механизмы синхронизации. Лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах соосных валов с обеих сторон лопастей и связаны шарнирно с кольцевым выступом в барабанах с помощью шатунов. Барабаны имеют с внешней торцевой поверхности монолитные с ними валы, которые установлены на подшипниках в подвижных цилиндрических втулках, имеющих возможность перемещения и фиксации относительно пустотелых цилиндрических крышек, жестко закрепленных с полым цилиндрическим корпусом.

Причина, препятствующая достижению требуемого технического результата, заключена в механизме связи, который периодически изменяет положение лопастей при их совместном сближении в процессе вращения на вертикальное и горизонтальное, что приводит к изменению положения рабочей камеры и исключает возможность использования данной роторной машины как двигателя внутреннего сгорания.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является возможность использования роторной машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, насоса.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в устранении горизонтального положения лопастей при совместном сближении в процессе вращения на одно вертикальное, что достигается изменением конструкции механизма связи лопастей.

Указанный технический результат достигается тем, что роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти, одна сборная лопасть имеет спрофилированный диск с четырьмя профилированными накладками, а другая сборная лопасть состоит из двух спрофилированных дисков с двумя профилированными вставками, спрофилированный диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине, а каждый из двух спрофилированных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал, согласно изобретению дополнительно содержит две пары эллиптических шестерен, одна пара из которых жестко установлена на концах с обеих сторон пустотелых валов сборной лопасти и входит в зацепление с другой парой, причем каждая шестерня другой пары установлена между двух дисков, аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек, при этом диски каждой пары жестко соединены между собой фасонными шпильками, находящимися симметрично в диаметрально противоположном направлении на периферии дисков, на одной из фасонных шпилек, в каждой паре дисков, в диаметрально противоположных направлениях установлена эллиптическая шестерня на подшипниках с фиксацией кольцевыми шайбами и распорными втулками, два диска установлены на подшипники, которые закреплены кольцевыми шайбами и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов торцевых крышек, имеющих сквозные отверстия, и зафиксированы крышками, два других диска имеют с одной стороны монолитно выполненные валы, которые установлены на подшипниках в торцевых пустотелых цилиндрических крышках, а с другой стороны несквозные отверстия по оси вращения сборных лопастей, в эти отверстия входят концы вала, монолитно соединенного с профилированным диском сборной лопасти посередине, и жестко закреплены в этих отверстиях.

Анализ прототипа показывает, что заявляемая роторная машина отличается конструкцией механизма связи соосных валов, выходящих с обеих сторон торцевых крышек, которая обеспечивает строго вертикальное положение при взаимном сближении лопастей в процессе вращения.

На фиг. 1 представлена роторная машина, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус 1 с торцевыми крышками 6, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти 2, 3. Сборная лопасть 2 установлена в сборной лопасти 3 на подшипниках 4, а сборная лопасть 3 на подшипниках 5 в торцевых крышках 6 и зафиксированы крышками 7.

Сборная лопасть 2 имеет спрофилированный диск 8 (фиг.2), монолитно соединенный с валом 9 посередине, и четыре профилированные накладки 10. А сборная лопасть 3 состоит из двух аналогичных спрофилированному диску 8 дисков 11, каждый из которых с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ними пустотелый вал 12 и две вставки 13.

Роторная машина содержит две пары эллиптических шестерен 14 и 15, одна из которых жестко установлена с обеих сторон на концах пустотелых валов 12 сборной лопасти 3 и входит в зацепление с другой парой 15. Каждая шестерня другой пары 15 установлена между двух дисков 16, 17, аксиально расположенных попарно со стороны торцевых крышек 6. Диски 16, 17 жестко соединены между собой фасонными шпильками 18, 19, расположенными симметрично в диаметрально противоположном направлении на периферии дисков. На одной из фасонных шпилек 18, в каждой паре дисков, в диаметрально противоположных направлениях установлена эллиптическая шестерня 15 на подшипниках 20 с фиксацией кольцевыми шайбами 21 и распорными втулками 22. Два диска 16 установлены на подшипниках 23, которые закреплены кольцевыми шайбами 24. Подшипники 23 дисков 16 расположены симметрично на концах цилиндрических выступов торцевых крышек 6, имеющих сквозные отверстия, и зафиксированы крышками 7. Два других диска 17 имеют с одной стороны монолитно выполненные валы 25, которые установлены на подшипниках 26 в торцевых пустотелых цилиндрических крышках 27 и зафиксированы крышками 28, а с другой стороны несквозные отверстия 29 по оси вращения сборных лопастей. В отверстия 29 входят концы вала 9 сборной лопасти 2 и жестко закрепляются в них.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1 и торцевых крышек 6, профилированные диски сборных лопастей 2, 3, вставки и накладки 10, 13 образуют рабочие камеры 30 переменного объема. В роторной машине предусмотрена свеча зажигания 31, всасывающие и выхлопные окна 32.

В режиме двигателя внутреннего сгорания машина работает следующим образом.

В рабочих камерах 30 протекают термодинамические циклы, в результате которых сборным лопастям 2, 3 и валам 9, 12 сообщается неравномерное вращение, преобразующееся через жестко закрепленные эллиптические шестерни 14, входящие в зацепление с подвижными эллиптическими шестернями 15, находящимися на осях, жестко закрепленных в дисках 16, 17 и передающих постоянный момент вращения через валы 25, монолитно выполненные с этими дисками.

Таким образом, конструкция механизма связи сборных лопастей 2, 3 с эллиптическими шестернями 14, 15, расположенными симметрично между дисками 16, 17 с двух сторон торцевых крышек 6, обеспечивает строго вертикальное положение лопастей при взаимном сближении в процессе вращения, прочность, сбалансированность всех вращающихся элементов и возможность использования роторной машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, насоса.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент РФ 2054122, F 01 С 1/00, F 04 С 2/00, 1996.

2. Патент РФ 2043521, F 02 В 53/00, F 01 С 1/00, 1995.

3. Патент РФ 2177063, F 01 С 1/063, 2001 (прототип).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам. Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема. Механизм связи лопастей состоит из двух пар дисков, между ними установлены по две эллиптические шестерни. Диски скреплены фасонными шпильками и подвижно установлены один на цилиндрическом выступе торцевой крышки, другой с валом и несквозным отверстием - в пустотелой цилиндрической крышке и аксиально расположены попарно с двух сторон торцевых крышек. В каждой паре дисков подвижно установлены на фасонных шпильках эллиптические шестерни в диаметрально противоположных направлениях, входящие в зацепление с другой парой эллиптических шестерен, жестко установленных на пустотелых валах соосной лопасти. Концы вала другой соосной лопасти входят в несквозные отверстия дисков и жестко крепятся в них. Вращение парных дисков с эллиптическими шестернями, жестко скрепленных с соосными валами, обеспечивает строго вертикальное положение при взаимном сближении лопастей в процессе вращения. Обеспечивается возможность использования роторной машины в качестве компрессора, насоса и двигателя внутреннего сгорания. 3 ил.

Роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти, одна сборная лопасть имеет спрофилированный диск с четырьмя профилированными накладками, другая сборная лопасть состоит из двух спрофилированных дисков с двумя профилированными вставками, спрофилированный диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине, а каждый из двух спрофилированных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал, отличающаяся тем, что дополнительно содержит две пары эллиптических шестерен, одна из которых жестко установлена на концах с обеих сторон пустотелых валов сборной лопасти и входит в зацепление с другой парой, причем каждая шестерня другой пары установлена между двух дисков, аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек, при этом диски каждой пары жестко соединены между собой фасонными шпильками, находящимися симметрично в диаметрально противоположном направлении на периферии дисков, на одной из фасонных шпилек в каждой паре дисков в диаметрально противоположных направлениях установлена эллиптическая шестерня на подшипниках с фиксацией кольцевыми шайбами и распорными втулками, два диска установлены на подшипники, которые закреплены кольцевыми шайбами и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов торцевых крышек, имеющих сквозные отверстия, и зафиксированы крышками, а два других диска имеют с одной стороны монолитно выполненные валы, которые установлены на подшипниках в торцевых пустотелых цилиндрических крышках, а с другой стороны - несквозные отверстия по оси вращения сборных лопастей, в которые входят концы вала, монолитно соединенного с профилированным диском сборной лопасти посередине, и жестко закреплены в этих отверстиях.