КАРУСЕЛЬНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА "РОВЛАН" Российский патент 2005 года по МПК F01C1/344 F04C2/344 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в компрессорах, насосах и в двигателях внутреннего непрерывного сгорания.

Особенностью предложенной машины (двигателя), содержащей кольцевую цилиндрическую камеру и ротор, является выполнение ротора в виде торцевой планшайбы с цилиндрическим кольцевым выступом, в продольных прорезях которого установлены лопасти, имеющие относительно него две степени свободы и перемещающиеся под постоянным углом 90° к цилиндрическим стенкам камеры.

Известен роторный двигатель внутреннего непрерывного сгорания с одной рабочей полостью и диаметральными лопастями, установленными в сплошном роторе в прорезях с плоскопараллельными стенками, и которые через сегментообразные вкладыши, относительно которых они возвратно-поступательно перемещаются, опираются при движении на цилиндрическую поверхность цилиндра ("Моделист-Конструктор" № 11-12, 1998 г., стр.2-4).

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий кольцевую цилиндрическую камеру, эксцентрично установленный в ней ротор с лопастями, размещенными в его продольных прорезях, делящий камеру на две экцентричные полости переменного окружного сечения, с впускными и выпускными окнами (Патент Великобритании GB 1061944A - прототип).

Основными недостатками прототипа являются низкая эффективность наполнения рабочих полостей, сложность конструкции, большое количество пар трения и непостоянство угла оси лопастей к поверхности скольжения, снижающее надежность герметизации и ресурс лопастей, следствием чего являются низкие ресурс и надежность, литровая мощность и КПД.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности, производительности и КПД.

Задача решена тем, что в лопастной машине, содержащей кольцевую цилиндрическую камеру с впускным и выпускным окнами, в которой эксцентрично установлен цилиндрический ротор с лопастями, размещенными в его продольных прорезях, делящей камеру на две эксцентричные полости переменного окружного сечения, машина содержит, по меньшей мере, одну камеру, ротор выполнен в виде торцевой планшайбы, на которой выполнен соосный кольцевой цилиндрический выступ с продольными прорезями, лопасти установлены в прорезях выступа, а между ними и торцами прорезей выступа установлены вкладыши, обеспечивающие возможность качательного и возвратно-поступательного перемещений лопастей относительно выступа, при этом торцы лопастей, контактирующие с цилиндрическими стенами камеры, выполнены с опорной площадью поверхности.

Впускные окна в полостях камеры могут быть выполнены в зонах максимального удаления выступа от цилиндрических стенок камеры, а выпускные окна - в зонах максимального сближения его с указанными стенками, при этом обеспечивается раздельное функционирование полостей.

Кроме того, для решения задачи увеличения степени повышения давления на выходе машины в камере выполнен перепускной канал, сообщающий зону максимального сближения выступа и цилиндрической стенкой камеры одной полости с другой полостью в зоне, расположенной за её впускным окном, в направлении вращения ротора на расстоянии не менее шага лопастей.

Для использования машины в качестве двигателя внутреннего непрерывного сгорания впускные и выпускные окна обеих полостей выполнены в зонах максимального удаления выступа от цилиндрических стенок камеры, а в зонах максимального их сближения выполнены каналы для установки свечей зажигания и форсунок.

Кроме того, для решения задачи использования машины в качестве дизеля путем обеспечения работы одной полости в двигательном режиме, а другой - в качестве компрессора впускные окна обеих полостей и выпускное окно одной из полостей выполнены в зонах максимального удаления выступа от цилиндрических стенок камеры, при этом выпускное окно другой полости выполнено в зоне максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры и сообщающимся через перепускной канал с первой полостью в зоне её выпускного окна и за её впускным окном в направлении вращения ротора на расстоянии не менее шага лопастей и в зоне максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры которой выполнены каналы для установки форсунки и свечи зажигания.

Кроме того, с целью охлаждения стенок рабочих полостей в торцевой стенке и в камере выполнен осевой канал, а в планшайбе - внутренние сквозные радиальные каналы, входы которых сообщаются с осевым каналом, а выходы расположены на окружном торце планшайбы.

Кроме того, для решения задачи увеличения ресурса работоспособности лопастей каждая лопасть выполнена из двух взаимодействующих с возможностью радиального относительного перемещения частей, при этом в одной из частей по всей ширине лопасти выполнен радиальный паз с плоскопараллельными стенками, а в другой - соответствующий выступ, входящий в паз первой и подпружиненный относительно нее.

Кроме того, для повышения надежности герметизации стыков планшайбы и выступа с камерой на торцах цилиндрических стенок камеры, обращенных к поверхности планшайбы, и на поверхности торцевой стенки, обращенной к торцу выступа планшайбы, выполнены кольцевые канавки, в которых установлены кольцевые подпружиненные уплотнители.

Кроме того, для повышения сопротивляемости лопастей вращательному моменту в окружном направлении от усилия рабочих газов, в стыке между вкладышами и выступами планшайбы могут быть установлены торсионные стабилизаторы устойчивости (не показаны).

Торцы лопастей, контактирующие с цилиндрическими поверхностями камеры, могут быть выполнены с увеличенной опорной площадью поверхности, а толщина самой лопасти - в зоне контакта с вкладышами минимальной, с учетом обеспечения требуемой жёсткости, что с уменьшением толщины выступа повысит эффективность использования рабочего объема камеры, с уменьшением толщины и веса лопастей снизит их износ от центробежных сил.

Смазку трущихся деталей машины можно обеспечить выполнением радиальных каналов в планшайбе и затем в выступе с подводом смазки за счет центробежных сил к вкладышам, через них к поверхности лопастей и далее к стенкам камеры или присадкой смазки к топливу.

Планшайба может быть снабжена герметичным картером для масла, которое обеспечит смазку и охлаждение торцевой поверхности, контактирующей непосредственно с горячими газами, и затем при вращении выходящей за пределы наружной цилиндрической стенки камеры.

На фиг. 1 изображена машина в варианте нагнетательного насоса с раздельно-функционирующими рабочими полостями, перпендикулярный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2; на фиг. 4 - местный вид I на фиг.3; на фиг.5 - двигатель внутреннего непрерывного сгорания с использованием внутренней полости в качестве продувочного насоса-нагнетателя; на фиг. 6, в - е - принципиальные схемы машин (двигателей) с одной планшайбой и двумя осевыми камерами (в); с двумя торцевыми планшайбами и полостной с общей стенкой камерой (г); с одной планшайбой с двумя концентричными выступами и одной камерой с 5 двумя концентричными цилиндрическими каналами (д); с двумя планшайбами, каждая с одним выступом различного диаметра, и 2-полостной камерой с общей торцевой стенкой и с диаметрально осевым взаимным расположением кольцевых каналов (е).

Все вышеприведенные машины являются 4-полостными, но имеют различную производительность и различные возможности использования сочетания рабочих полостей.

Машина, фиг.1, включает камеру 1, образованную наружным цилиндром 2, внутренним цилиндром 3 и торцевой стенкой 4. Камера 1 снабжена впускным 5 и выпускным 6 окнами. На эксцентрично установленном в камере 1 валу 7 жестко установлена планшайба 8 с выступом 9, входящим в полость камеры и делящим камеру на две эксцентричные полости: наружную - а и внутреннюю - б.

Внутренняя полость (б) камеры 1 снабжена впускным 12 и выпускным 13 окнами.

В прорезях выступа 9 установлены рабочие лопасти 10, а между ними и торцами прорезей выступа вкладыши 11, обеспечивающие "качание" и радиальное перемещение лопастей относительно выступа, имеющего при движении по цилиндрической камере эксцентричную относительно камеры и лопастей траекторию движения.

При повороте вала 7 с планшайбой 8, выступом 9 и лопастями 10 перекачиваемая среда, поступившая через впускное окно 5 и перемещающаяся в уменьшающихся между лопастями полостях, переносится в зону максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры и выталкивается через выпускное окно 6.

Аналогичным образом работает и внутренняя полость (б) машины.

На фиг. 5 изображен двигатель внутреннего непрерывного сгорания с использованием внутренней полости в качестве компрессора, наружной в качестве двигателя (поперечный разрез).

В наружной стенке камеры 1 установлены форсунка 16 для подачи топлива и свеча зажигания 17. Наружная двигательная полость (а) снабжена впускным окном 5 и выпускным окном 6. Внутренняя полость (б) снабжена впускным окном 12 и перепускными каналами 14 и 15, сообщающими зону минимального объема её межлопастных полостей с наружной полостью в зоне выпускного окна 6, обеспечивая продувку, и в зоне, расположенной за основным впускным окном 5 на расстоянии не менее расстояния между близрасположенными лопастями (шага), что обеспечивает наддув двигательной полости без утечки перепускаемого сжатого воздуха из полости(а) через впускное окно 5 и исключает торможение всасываемого в полость (а) воздуха через него.

Стыки планшайбы 8 и выступа 9 с камерой 1 герметизируются кольцевыми уплотнителями 18 (фиг.2).

Таким образом, поступивший и сжатый во внутренней компрессорной полости воздух используется для продувки и наполнения межлопастных рабочих полостей наружной двигательной полости, обеспечивая требуемую степень сжатия и работу без отдельного нагнетательного насоса.

При перепуске воздуха из компрессорной в двигательную полость можно обеспечить внешнее смесеобразование с обеспечением процесса карбюрации пульверизационным способом, разместив дозирующее топливо устройство в перепускном канале.

Последовательным включением нескольких полостей - компрессоров можно обеспечить работу двигательной полости с воспламенением от сжатия (дизель).

Таким образом, выполнение ротора в виде торцевой планшайбы с соосным цилиндрическим кольцевым выступом и кинематическое соединение его с лопастями обеспечило упрощение конструкции, снижение поверхности трения, увеличение ресурса лопастей с увеличением надежности герметизации стыков лопастей с цилиндрическими стенками камеры, что обеспечило увеличение ресурса производительности, мощности и КПД

машины.

В предложенной машине конструктивно и технологически просто наращивается производительность (мощность) увеличением количества 2-полостных цилиндрических каналов в осевом направлении (в, г), в диаметральном (д) или диаметрально-осевом (е), обеспечивается сочетание в одном агрегате различных по функциям машин (насос, вакуумный насос, компрессор, двигатель, мотор-компрессор и т.п.)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего непрерывного сгорания. Карусельно-лопастная машина содержит, по меньшей мере, одну кольцевую цилиндрическую камеру, эксцентрично установленный в ней ротор с лопастями, размещенными в его продольных прорезях, делящий камеру на две эксцентричные полости переменного окружного сечения с впускными и выпускными окнами. Ротор выполнен в виде торцевой планшайбы, на которой выполнен соосный кольцевой цилиндрический выступ с продольными прорезями. Лопасти установлены в прорезях выступа, между ними и торцами прорезей выступа установлены вкладыши, обеспечивающие возможность качательного и возвратно-поступательного перемещений относительно выступа. Торцы лопастей, контактирующие с цилиндрическими стенками камеры, выполнены с опорной площадью поверхности. Упрощается конструкция, повышается надежность, производительность и КПД. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Карусельно-лопастная машина, содержащая кольцевую цилиндрическую камеру, эксцентрично установленный в ней ротор с лопастями, размещенными в его продольных прорезях, делящий камеру на две эксцентричные полости переменного окружного сечения с впускными и выпускными окнами, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, одну кольцевую цилиндрическую камеру, ротор выполнен в виде торцевой планшайбы, на которой выполнен соосный кольцевой цилиндрический выступ с продольными прорезями, лопасти установлены в прорезях выступа, между ними и торцами прорезей выступа установлены вкладыши, обеспечивающие возможность качательного и возвратно-поступательного перемещений относительно выступа, при этом торцы лопастей, контактирующие с цилиндрическими стенками камеры, выполнены с опорной площадью поверхности.2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что впускные окна камеры выполнены в зонах максимального удаления выступа планшайбы от цилиндрических стенок камеры, а выпускные окна в зонах максимального сближения его с указанными стенками камеры.3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что в камере выполнен перепускной канал, сообщающий зону максимального сближения выступа планшайбы с цилиндрической стенкой одной полости с другой полостью в зоне, расположенной на расстоянии не менее шага лопастей за ее впускным окном в направлении вращения ротора.4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что впускные и выпускные окна каждой полости выполнены в зонах максимального удаления выступа планшайбы от цилиндрических стенок камеры, в зонах максимального сближения выполнены каналы для установки форсунок и свечей зажигания.5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что впускные окна обеих полостей и выпускное окно одной из полостей выполнены в зонах максимального удаления выступа планшайбы от цилиндрических стенок камеры, при этом выпускное окно другой полости выполнено в зоне максимального сближения выступа планшайбы с цилиндрической стенкой камеры и сообщающимся перепускным каналом с первой полостью в зоне ее выпускного окна и за ее впускным окном на расстоянии не менее шага лопастей в направлении вращения ротора, в зоне максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры которой выполнены каналы для установки форсунки и свечи зажигания.6. Машина по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что каждая лопасть выполнена из двух взаимодействующих с возможностью радиального относительного перемещения частей, при этом в одной из частей выполнен радиальный паз по всей ширине лопасти, а в другой соответствующий выступ, входящий в паз первой и подпружиненный относительно нее.7. Машина по любому из пп.4 и 5, отличающаяся тем, что в камере выполнен осевой канал, а в планшайбе ротора внутренние сквозные радиальные каналы, входы которых сообщаются с осевым каналом, а выходы расположены на окружном торце планшайбы.8. Машина по любому из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что на торцах цилиндрических стенок камеры, обращенных к поверхности планшайбы, и на поверхности торцевой стенки, обращенной к выступу планшайбы, выполнены кольцевые канавки, в которых установлены кольцевые подпружиненные уплотнители.