РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2005 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.

Известна роторно-объемная машина, содержащая полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены две пары лопастей, жестко соединенных с двумя соосными валами и механизмом синхронизации движения лопастей, последний выполнен в виде двух шестерен соосных валов, входящих в зацепление с двумя шестернями, одна из которых жестко связана с кривошипом, а другая - с кулисой, в пазу которой помещается палец, установленный на средней части шатуна кривошипно-ползунного механизма, причем направляющая ползуна установлена на корпусе с возможностью поворота /A.C. 973878, МКИ F 01 С 5/00, опубл. 1982/.

Недостатком известной роторной машины объемного типа является наличие возвратно-поступательных движений кривошипно-ползунного механизма, что снижает КПД и надежность машины.

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 /Патент РФ №2054122, МКИ F 01 С 1/00, F 04 С 2/00, опубл. 1996/.

Причиной, препятствующей достижению требуемого результата известного роторно-лопастного двигателя, 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.

Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа роторная машина, 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 /Патент РФ №2177063, МПК 7 F 01 С 1/063, опубл. 2001/.

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 известной роторной машины, 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 двигатель 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 содержит полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти, одна сборная лопасть имеет диск с четырьмя накладками, другая сборная лопасть состоит из двух аналогичных дисков с двумя вставками. Диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине, а каждый из двух аналогичных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал. Лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов с обеих сторон лопастей и связаны шарнирно с помощью шатунов. Согласно изобретению, роторная машина дополнительно содержит две пары цилиндрических шестерен с внутренним зацеплением большего и малого диаметров, причем малые шестерни имеют диаметр, в два раза меньший, чем шестерни большего диаметра, пара больших шестерен установлена с обеих сторон торцевых крышек между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов и крышек, пара малых шестерен имеет с одной стороны монолитные эксцентричные валы, соединяющие шарнирно шатуны, при этом кривошипы и шатуны выполнены одинаковой длины, концы которых жестко закреплены в отверстиях малых дисков с этим же эксцентриситетом, имеющих по оси вращения монолитные валы, ось которых совпадает с осью монолитных валов малых шестерен, концы которых установлены на подшипниках в двух дисках, аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек, при этом диски каждой пары жестко соединены между собой двумя шпильками, установленными под углом 120 градусов на периферии дисков, одна пара дисков установлена на подшипниках, которые закреплены кольцевыми шайбами и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов торцевых крышек, вторая пара дисков имеет с одной стороны монолитно выполненные валы, которые установлены на подшипниках в торцевых пустотелых цилиндрических крышках и зафиксированы крышками.

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, в котором размещены две сборные лопасти 2, 3. Лопасть 2 установлена в лопасти 3 на подшипниках 4, а лопасть 3 - на подшипниках 5 в торцевых крышках 6 и зафиксированы крышками 7. Сборная лопасть 2 имеет спрофилированный диск 8 (фиг.1), монолитно соединенный с валом 9 посередине, и четыре профилированные накладки 10. 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 выполненные с ними пустотелые валы 12 и две вставки 13.

Лопасти 2, 3 соединены через кривошипы 14, которые жестко установлены на концах монолитного вала и пустотелых валов 9, 12 и связаны шатунами 17 (фиг.3) с обеих сторон торцевых крышек 6, где имеются с каждой стороны по паре цилиндрических шестерен 18, 19. Одна пара большего диаметра 19 жестко установлена между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов 20 и крышек 21. Другая пара шестерен 18, диаметром в два раза меньше предыдущей, имеет с одной стороны монолитный эксцентриковый вал 22 с эксцентриситетом е = 1/4 r, где r - радиус малой шестерни, соединяющий шарнирно одинаковые по длине пару шатунов 17 с парой кривошипов 14. Концы эксцентриковых валов 22 жестко закреплены в отверстиях 23 малых дисков 24 с этим же эксцентриситетом, имеющих по оси вращения монолитные валы 25, которые совпадают с осью монолитных валов 26 шестерен 18. Концы валов 25, 26 установлены на подшипниках 27, 28 между двух дисков 29, 30 аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек 6. При этом диски 29, 30 каждой пары жестко соединены между собой фасонными шпильками 31, установленными под углом 120 градусов на периферии дисков 29, 30. Одна пара дисков 29 установлена на подшипниках 32, которые закреплены кольцевыми шайбами 33 и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов 34 торцевых крышек 6 и зафиксированы крышками 7. Два других диска 30 имеют с одной стороны монолитно выполненные валы 35, которые установлены на подшипниках 36 торцевых пустотелых цилиндрических крышек 21 и зафиксированы крышками 37.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1 и торцевых крышек 6, профилированные диски сборных лопастей 2, 3, вставки и накладки 10, 13 образуют рабочие камеры 38 (фиг.2) переменного объема. В роторной машине предусмотрена свеча зажигания 39, всасывающие и выхлопные окна 40, 41.

В режиме двигателя внутреннего сгорания машина работает следующим образом.

В рабочих камерах 3 протекают термодинамические циклы, в результате которых сборным лопастям 2, 3 и валам 9, 12 сообщается неравномерное вращение, преобразующееся через жестко закрепленные большие цилиндрические шестерни 19 между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов 20 и крышек 21 с обеих сторон, входящих во внутреннее зацепление с подвижными малыми шестернями, на которых имеются с одной стороны эксцентриковые валы 22, соединяющие подвижную пару шатунов 17. За счет планетарного движения малых шестерен 18 эксцентриковые валы 22 описывает строго эллиптические траектории движения, что дает возможность при одинаковой длине кривошипов 14 и шатунов 17 строго фиксированно менять положения лопастей 2, 3 в вертикальном направлении. Момент вращения передается через диски 29, 30, аксиально расположенные попарно с двух сторон торцевых крышек 6, и валы 35.

Таким образом, конструкция механизма связи сборных лопастей 2, 3 с цилиндрическими шестернями 18, 19 с внутренним зацеплением и эксцентриковым валом 22, монолитно соединенным с малыми шестернями 18, расположенными симметрично между дисками 29, 30 с двух сторон торцевых крышек 6, обеспечивает строго вертикальное положение лопастей при взаимном сближении и сбалансированность всех вращающихся элементов, что дает возможность использования роторной машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, насоса.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к объемным роторным машинам. Машина содержит полый корпус с крышками, внутри которого установлены соосно две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема. Устранение горизонтального положения лопастей при совместном сближении в процессе вращения достигается изменением конструкции механизма связи лопастей, который состоит из двух пар дисков с двумя цилиндрическими шестернями с внутренним зацеплением большего и малого диаметров. Пара больших шестерен установлена с обеих сторон крышек между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов и крышек, пара малых шестерен имеет с одной стороны монолитные эксцентричные валы, соединяющие шарнирно шатуны. Кривошипы и шатуны выполнены одинаковой длины, концы эксцентричных валов жестко установлены в отверстиях малых дисков с таким же эксцентриситетом, имеющих с другой стороны монолитные валы, совпадающие с осью вращения монолитных валов малых шестерен. Вращение парных дисков и малых шестерен с эксцентриковыми валами, соединяющих шарнирно шатуны, обеспечивает планетарное движение по эллипсу в строго вертикальное положение при взаимном сближении лопастей в процессе вращения, что дает возможность использовать роторную машину в качестве двигателя, компрессора, насоса. 3 ил.

Роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти, одна сборная лопасть имеет диск с четырьмя накладками, другая сборная лопасть состоит из двух аналогичных дисков с двумя вставками, диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине, а каждый из двух аналогичных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал, лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов с обеих сторон лопастей и связаны шарнирно с помощью шатунов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит две пары цилиндрических шестерен с внутренним зацеплением большего и малого диаметров, причем малые шестерни имеют диаметр в два раза меньший, чем шестерни большого диаметра, пара больших шестерен установлена с обеих сторон торцевых крышек между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов и крышек, пара малых шестерен имеет с одной стороны монолитные эксцентричные валы, соединяющие шарнирно шатуны, при этом кривошипы и шатуны выполнены одинаковой длины, концы которых жестко закреплены в отверстиях малых дисков с этим же эксцентриситетом, имеющих по оси вращения монолитные валы, ось которых совпадает с осью монолитных валов малых шестерен, концы которых установлены на подшипниках в двух дисках, аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек, при этом диски каждой пары жестко соединены между собой двумя шпильками, установленными под углом 120° на периферии дисков, при этом одна пара дисков установлена на подшипниках, которые закреплены кольцевыми шайбами и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов торцевых крышек, вторая пара дисков имеет с одной стороны монолитно выполненные валы, которые установлены на подшипниках в торцевых пустотелых цилиндрических крышках и зафиксированы крышками.