РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2007 года по МПК F01C1/77 

Изобретение относится к области двигателей и компрессоров.

Известна объемная машина (патент РФ №2084641, МПК 7 F01С 9/00, F03С 4/00), содержащая цилиндрический корпус с крышками, всасывающими и выхлопными окнами, соосные втулки с лопастями, установленные внутри корпуса с образованием рабочих камер и с возможностью вращения и кинематически связанные с выходным валом посредством механизма синхронизации, включающего тяги, сателлит с кривошипами, водило и солнечное колесо. Солнечное колесо, водило, сателлит с кривошипами и тяги размещены в полости втулок, при этом кривошипы расположены диаметрально и жестко закреплены на сателлите, солнечное колесо связано с крышкой, а водило жестко соединено с выходным валом.

Недостатками известной машины являются:

- недостаточно высокая надежность, связанная с консольно закрепленным выходным валом, кривошипами, малым валом и возникновением изгибающего момента на водиле;

- низкий КПД, связанный с большими поверхностями трения втулок (роторов) с крышками корпуса машины, с наличием большого количества подшипников;

- недостаточно высокая мощность из-за низкого коэффициента использования объема рабочей камеры (используются только 4 поршня), связанная с характером пространственной кривой (эпициклоидой), получаемой при движении кривошипа.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является роторно-поршневая машина, описанная в патенте Франции №657641 А, МПК 7 F01С 1/077.

Роторно-поршневая машина содержит цилиндрический корпус в виде тороидального сердечника с всасывающими и выхлопными окнами, выходной вал, проходящий через ось тороидального сердечника, на котором установлены свободно два ротора в виде дисков, которые могут вращаться один относительно другого. По окружности внутренней цилиндрической стенки корпуса расположены несколько пар поршней, связанных с этими двумя дисками таким образом, что поршни каждой пары связаны с соответствующим диском (т.е. один поршень - с одним диском, а второй поршень - с другим). На выходном валу установлен опорный орган в виде двух поводковых дисков, на котором смонтирован второй вал. На этом валу установлены кривошипы и сателлиты. Кривошипы установлены таким образом, что их шейки вводятся в направляющие пазы роторов. Пазы выполнены по кривой, описанной плечом кривошипа во время вращательного движения. Внутри корпуса установлены большие шестерни, кинематически связанные с сателлитами.

Недостатками прототипа являются:

- недостаточно высокая надежность из-за наличия большого количества деталей (подшипников, промежуточных валов с подшипниками, дисков с прорезями на опорных подшипниках, поводков с подшипниками); движение кривошипа по пазам приводит к изменению динамических характеристик движения поршней и повышенному износу шейки кривошипа и прорезей в дисках, приводящему к вибрации машины;

- недостаточно высокий КПД из-за наличия трущихся поверхностей между кривошипом и прорезями в дисках;

- сложность конструкции из-за наличия большого количества деталей.

Задачей изобретения является повышение надежности и увеличение КПД машины.

Поставленная задача достигается тем, что в известной роторно-поршневой машине, содержащей корпус с впускными и выпускными окнами, роторы, установленные внутри корпуса с возможностью вращения, с закрепленными по их окружности поршнями с образованием рабочих камер и кинематически связанные с выходным валом посредством механизма синхронизации, включающего сателлиты, кривошипы и шестерни, жестко закрепленные внутри корпуса, согласно изобретению, роторы выполнены в виде двух колец, механизм синхронизации снабжен двумя солнечными шестернями, жестко закрепленными на выходном валу и кинематически связанными с сателлитами, а также тягами, каждая из которых одним концом связана с одним из роторов, а другим - с соответствующим ему кривошипом, каждый из которых жестко закреплен на двух сателлитах.

Такое выполнение роторно-поршневой машины позволяет изменить характер движения роторов, исключив резкие толчковые движения роторов, и сделать его более плавным в моменты начала и конца очередного цикла движения.

На фиг.1 показан общий вид роторно-поршневой машины со снятой верхней частью корпуса;

на фиг.2 показано сечение роторно-поршневой машины;

на фиг.3 изображены кривые движения кривошипов внутри корпуса машины.

Роторно-поршневая машина (фиг.1) содержит корпус 1, состоящий из двух частей с впускными 2 и выпускными 3 окнами. Внутри корпуса с возможностью вращения установлены роторы 4 и 5 с закрепленными по их окружности поршнями 6 и 7 (фиг.2), образующими рабочие камеры. Поршни, принадлежащие верхнему ротору 4, расположены между поршнями, принадлежащими нижнему ротору 5. Роторы выполнены в виде двух колец и плотно подогнаны между собой и к корпусу машины. Между роторами, а также между роторами и корпусом машины, установлены уплотнительные кольца 8. Роторы кинематически связаны через механизм синхронизации с выходным валом 9. Механизм синхронизации включает в себя: большие шестерни 10 и 11, жестко закрепленные внутри корпуса, солнечные шестерни 12 и 13, жестко закрепленные на выходном валу 9, сателлиты 14, которые находятся в зацеплении с шестерней 12, и сателлиты 15, которые находятся в зацеплении с шестерней 13. В механизм синхронизации также входят кривошипы 16 и 17, жестко закрепленные между сателлитами 14 и 15. На кривошипах установлены с возможностью вращения тяги 18 и 19. Тяги 18 соединены с ротором 4, а тяги 19 - с ротором 5. Большие шестерни 10 и 11 кинематически связаны соответственно с сателлитами 14 и 15.

Машина работает следующим образом.

Момент, приложенный к выходному валу 9, одновременно приводит во вращение жестко закрепленные на нем солнечные шестерни 12 и 13. Вращение от солнечных шестерен передается на входящие с ними в зацепление сателлиты 14 и 15 и жестко закрепленные на них кривошипы 16 и 17. Вращаясь, сателлиты 14 и 15 обкатываются по жестко закрепленным на корпусе 1 большим шестерням 10 и 11, одновременно двигаясь вокруг оси двигателя по гипоциклоидам (фиг.3).

В прототипе связь меду кривошипами и роторами, осуществляемая через пазы, приводит к длительным полным остановкам роторов с поршнями с последующим мгновенным разгоном их до больших скоростей, вследствие чего возникают толчковые движения и удары шеек кривошипов о прорези в дисках.

В отличие от прототипа в заявляемой конструкции кривошипы 16 и 17 через тяги 18 и 19 приводят в движение соединенные с ними роторы 4 и 5 с закрепленными на них поршнями 6 и 7. При этом пока кривошип 16 совершает движение по кривой АВС (фиг.3), другой кривошип 17 совершает движение из точки С в точку D, перемещаясь на угол α. В результате наложения движений кривошипов 16 и 17 по гипоциклоидам и концов тяг 18 и 19, соединенных с кривошипами по дугам окружностей, положение роторов с закрепленными на них поршнями, а следовательно, и объемы рабочих камер, заключенные между комплектами поршней 5 и 6, плавно изменяются. Одновременно изменяются и положения обоих комплектов поршней по отношению к корпусу двигателя. В одной части камер происходит расширение и, как следствие, всасывание через окна 2, а в другой части - сжатие с последующим выхлопом через выпускные окна 3. В результате сжатия, впрыска топлива и поджигания рабочей смеси в части камер возникает высокое давление, действующее как на стенки корпуса, так и на поршни 6 и 7, заставляя их разойтись. Через поршни усилие передается на роторы 4 и 5. Роторы через тяги 18 и 19 воздействуют на кривошипы 16 и 17, заставляя их перемещаться, тем самым приводя во вращение жестко закрепленные на них сателлиты 14 и 15. От сателлитов вращение передается солнечным шестерням 12 и 13, а следовательно, выходному валу 9. По мере того, как поршни 6 и 7 под действием высокого давления газов расходятся, в части других камер происходит сжатие, впрыск и поджигание рабочей смеси, и цикл повторяется. Применительно к компрессору количество впускных 2 и выпускных 3 окон должно быть увеличено.

По сравнению с известными предложенная роторно-поршневая машина обладает следующими преимуществами:

- более высокая надежность в результате исключения некоторых подшипниковых узлов, изменения динамической характеристики роторов за счет исключения толчковых движений, приводящих к ухудшению общей динамической балансировки машины, снижению износа шеек кривошипов;

- более высокий КПД из-за исключения трущихся поверхностей между кривошипом и прорезями в дисках;

- упрощение конструкции за счет исключения опорных дисков с подшипниковыми узлами и второго вала.

Изобретение относится к области двигателей и компрессоров. Роторно-поршневая машина содержит корпус с впускными и выпускными окнами. Внутри корпуса установлены с возможностью вращения роторы с закрепленными по его окружности поршнями с образованием рабочих камер. Роторы кинематически связаны с выходным валом посредством механизма синхронизации. Роторы выполнены в виде двух колец. Механизм синхронизации включает в себя сателлиты, кривошипы, шестерни, жестко закрепленные внутри корпуса, солнечные шестерни, жестко закрепленные на выходном валу и кинематически связанные с сателлитами, а также тяги. Каждая из тяг одним концом связана с ротором, а другим - с соответствующим ему кривошипом, каждый из которых жестко закреплен на двух сателлитах. Повышается надежность и увеличивается КПД машины. 3 ил.

Роторно-поршневая машина, содержащая корпус с впускными и выпускными окнами, роторы, установленные внутри корпуса с возможностью вращения, с закрепленными по их окружности поршнями с образованием рабочих камер и кинематически связанные с выходным валом посредством механизма синхронизации, включающего сателлиты, кривошипы и шестерни, жестко закрепленные внутри корпуса, отличающаяся тем, что роторы выполнены в виде двух колец, механизм синхронизации снабжен двумя солнечными шестернями, жестко закрепленными на выходном валу и кинематически связанными с сателлитами, а также тягами, каждая из которых одним концом связана с одним из роторов, а другим - с соответствующим ему кривошипом, каждый из которых жестко закреплен на двух сателлита.