РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2004 года по МПК F01C1/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к роторно-поршневым машинам с вращающимися рабочими органами с изменяемым рабочим объемом, и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве компрессора, насоса, пневмогидродвигателя.

Известен роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с тороидальной рабочей поверхностью, механизм изменения расстояния между поршнями, окна впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, ролики ползунов (RU 2118467 C1, 27.08.1998, F 02 B 53/00).

Неравномерность вращения поршней относительно рабочей поверхности корпуса вызывает возникновение значительных по величине ударных динамических нагрузок. Возникающие ударные нагрузки существенно повышают трение, вызывают значительный износ сопряжений, снижая тем самым долговечность, надежность, а значит и моторесурс двигателя.

Сознание роторно-поршневой машины с изменяемым расстоянием между поршнями (рабочим объемом), имеющим высокую надежность и долговечность, а значит - высокий моторесурс работы, является задачей, на решение которой направлено данное изобретение.

Сущность изобретения заключается в том, что в роторно-поршневой машине, содержащей корпус с тороидальной рабочей поверхностью, механизм изменения расстояния между поршнями, окна впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, ролики ползунов, согласно изобретению, механизм изменения расстояния между поршнями выполнен в виде эксцентричного расположения центра вращения ротора относительно центра тороидальной рабочей поверхности корпуса, в кольцевых выточках которого с обеих сторон ротора установлены кольца, шарнирно связанные с осями одного из ползунов, а ролики осей остальных ползунов расположены в С-образных кольцевых пазах, выполненных в кольцах.

В результате шарнирного соединения осей одного из ползунов с кольцами, установленными в кольцевых выточках, выполненных в корпусе с обеих сторон ротора, а ролики осей остальных ползунов расположены в С-образных кольцевых пазах, выполненных в кольцах, обеспечиваются минимальные контактные напряжения в сопряжениях этих колец с поверхностями в выточках в корпусе. Благодаря совместному вращению колец, ползунов с ротором, происходит взаимодействие роликов осей с поверхностью С-образного кольцевого паза с минимальными относительными скоростями скольжения, вызванными лишь изменениями расстояния между поршнями, исключая при этом скольжение роликов осей ползунов относительно стенок неподвижного корпуса. При этом действующие на ползуны силы инерции замыкаются на вращающихся с ротором кольцах, а результатирующая сила инерции ползунов является разностью сил инерции диаметрально расположенных ползунов, что существенно снижает результатирующую нагрузку с одной стороны, а с другой стороны - нагрузку на корпус двигателя через значительную по величине поверхность колец. Это существенно снижает износ сопрягаемых поверхностей, повышает механический КПД, а значит в целом повышает моторесурс роторно-поршневой машины.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид роторно-поршневой машины;

фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1;

фиг.3 - продольный разрез Б-Б на фиг.2.

Роторно-поршневая машина содержит корпус 1 с тороидальной рабочей поверхностью 2, имеющий впускное 3 и выпускное 4 окна. В корпусе 1 расположен ротор 5, центр которого смещен относительно центра тороидальной рабочей поверхности 2. В пазах ротора 5 установлены ползуны 6, шарнирно связанные с поршнями 7, образующими рабочие камеры 8. В корпусе 1 в кольцевых выточках 9 с обеих сторон ротора 5 расположены кольца 10, шарнирно связанные с осями 11 одного из ползунов 12, а ролики 13 осей 14 остальных ползунов 6 расположены в С-образных кольцевых пазах 15, выполненных в кольцах 10. Ротор 5 установлен на валу 16, связанном с исполнительным механизмом.

Работу роторно-поршневой машины рассмотрим на примере работы пневмогидронасоса, компрессора. При вращении ротора 5 вместе с ползунами 6 и шарнирно связанными с ними поршнями 7 по часовой стрелке, между соседними поршнями 7 изменяется расстояние от максимального до минимального и наоборот, а значит, также изменяется и рабочий объем рабочих камер 8. При этом оси 11 одного из ползунов 12, шарнирно связанные с кольцами 10, расположенными с обеих сторон ротора 5, вращают их относительно кольцевых выточек 9, выполненных в корпусе 1, а ролики 13 осей 14 остальных ползунов 6, находящихся в С-образных кольцевых пазах 15, свободно изменяют расстояние между осями 14 роликов 13. Наименьшее расстояние между осями 14 соседних роликов 13 ползунов 6 достигается при минимальном рабочем объеме рабочих камер 8, а максимальное расстояние между осями 14 соседних роликов 13 - при максимальном рабочем объеме рабочих камер 8. При изменении расстояний между осями 14, ролики 13 свободно перекатываются в С-образных кольцевых пазах 15, одновременно вращаются вместе с кольцами 10. Силы инерции, возникающие при вращении ползунов 6, передаются через ролики 13 осей 14 ползунов 6 на поверхности С-образных кольцевых пазов 15. Результатирующая величина силы инерции от диаметрально расположенных ползунов 6, равная разности сил инерции, передается на кольцо 10, а затем, на стенки кольцевых выточек 9 корпуса 1. В результате такого взаимодействия роликов 13 и осей 14 ползунов 6, колец 10 с С-образным пазом 15 поверхности кольцевых выточек 9, выполненных в корпусе 1, осуществляется передача результатирующей силы инерции, как разности сил инерции диаметрально расположенных ползунов 6, т.е. передача этой силы на более развитые цилиндрические поверхности выточек 9, что существенно снижает контактные напряжения, а значит, их износ. Таким образом, благодаря смещению центра вращения ротора 5 относительно центра тороидальной рабочей поверхности 2 корпуса 1, в кольцевых выточках 9 которого с обеих сторон ротора 5 установлены кольца 10, шарнирно связанные с осями 11 одного из ползунов 12, а ролики 13 осей 14 остальных ползунов 6 расположены в С-образных кольцевых пазах 15, выполненных в кольцах 10, как было указано выше, осуществляется изменение рабочих объемом рабочих камер 8 от минимального до максимального и наоборот. При дальнейшем вращении ротора 5 создается разрежение и в результате перепада давления атмосферного вне насоса и внутреннего пониженного давления воздух (жидкость) поступает через впускное окно 3 и заполняет рабочий объем рабочей камеры 8. По мере вращения ротора 5 рабочий объем рабочей камеры 8, достигнув своего максимума, в самом нижнем положении рабочей камеры 8 на уровне вертикали, начинает уменьшаться, несколько сжимаясь, воздух (жидкость) поступает в зону выпускного окна 4. При дальнейшем вращении ротора 5 происходит накапливание воздуха (жидкости) в зоне выпускного окна 4, где давление повышается и величина его достигает величины давления, равного давлению сопротивления на выходе из выпускного окна 4. Происходит нагнетание воздуха (жидкости) в рабочую магистраль с минимальными затратами энергии при высокой надежности и долговечности, а значит, высоком моторесурсе работы роторно-поршневой машины.

При работе роторно-поршневой машины в качестве пневмогидродвигателя во впускное окно 3 под давлением подается воздух (жидкость) благодаря давлению воздуха (жидкости) на выступающие из пазов лопасти ползунов 6, шарнирно связанных с поршнями, создается сила, которая вращает ротор 5 относительно его центра. При этом рабочий объем рабочей камеры 8 изменяется от максимального до минимального в зоне выпускного окна 4, имеющего низкое давление. Изменение рабочего объема рабочей камеры 8 от максимального до минимального и наоборот происходит аналогично описанному выше в примере работы пневмогидронасоса, компрессора.

Освободившись от воздуха (жидкости), рабочая камера 8, продолжая свое вращение, поступает в зону впускного окна 3, находящегося под давлением воздуха (жидкости), заполняется при увеличивающемся объеме рабочей камеры 8. При дальнейшем вращении ротора 5 вращается вал 16, который приводит в движение исполнительный механизм.

В предлагаемой роторно-поршневой машине с изменяемым рабочим объемом возникающие силы инерции с одной стороны имеют результатирующую силу инерции, равную разности сил инерции диаметрально расположенных ползунов с поршнями, а с другой стороны - это результатирующая сила инерции через кольца передается на более развитую поверхность кольцевых выточек в корпусе машины. Это существенно снижает их износ, повышая надежность и долговечность, а также моторесурс как сопряжений, так и роторно-поршневой машины в целом.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к роторно-поршневым машинам с вращающимися рабочими органами с изменяемым рабочим объемом, и может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве компрессора, насоса, пневмогидродвигателя. Роторно-поршневая машина содержит корпус с тороидальной рабочей поверхностью, механизм изменения расстояния между поршнями, окна впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, ролики ползунов. Механизм изменения расстояния между поршнями выполнен в виде эксцентричного расположения центра вращения ротора относительно центра тороидальной рабочей поверхности корпуса. В кольцевых выточках корпуса с обеих сторон ротора установлены кольца, шарнирно связанные с осями одного из ползунов. Ролики осей остальных ползунов расположены в С-образных кольцевых пазах, выполненных в кольцах. Существенно снижается износ сопрягаемых поверхностей, повышается механический КПД, а в целом повышается моторесурс машины. 3 ил.

Роторно-поршневая машина, содержащая корпус с тороидальной рабочей поверхностью, механизм изменения расстояния между поршнями, окна впуска и выпуска, ротор с расположенными в пазах ползунами, шарнирно связанными с поршнями, ролики ползунов, отличающаяся тем, что механизм изменения расстояния между поршнями выполнен в виде эксцентричного расположения центра вращения ротора относительно центра тороидальной рабочей поверхности корпуса, в кольцевых выточках которого с обеих сторон ротора установлены кольца, шарнирно связанные с осями одного из ползунов, а ролики осей остальных ползунов расположены в С-образных кольцевых пазах, выполненных в кольцах.