РОТОРНО-ВОЛНОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F02B55/00 F02B53/00 F01C1/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении.

Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, например, роторный двигатель (патент России №2084659), который содержит корпус с полостью цилиндрической формы и ротор цилиндрической формы. Однако эти двигатели не нашли широкого применения.

Наиболее близким аналогом является роторно-волновой двигатель внутреннего сгорания (патент России №2155272) - объемная прямоточная машина, в которой установленный с минимальным зазором ротор совершает угловые колебания, образуя волны, перекатывающиеся по поверхности корпуса в компрессорном и расширительном отсеках. Однако известный двигатель из-за конической формы корпуса и ротора имеет потери мощности в виде ее осевой составляющей. Наличие узла равных угловых скоростей вносит дополнительные потери мощности. Конические пространства требуют повышенных габаритов. Ограничения угловых параметров снижают возможности двигателя.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окна, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.

Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен роторно-волновой двигатель в разрезе; на фиг.2 - разрез А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез двигателя в модульном исполнении; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 двигателя с радиально смещенными модулями; на фиг.5 показано взаимное положение двух эксцентрично размещенных спиралей.

Обозначения на чертежах

1. Корпус.

2. Секция корпуса.

3. Спиралеобразная полость.

4. Спиралеобразный нагнетатель.

5. Диск ротора.

6. Ротор.

7. Вал с кривошипом.

8. Механизм вращения.

9. Впускное окно.

10. Выпускное окно.

11. Камера сгорания.

12. Промежуточная камера.

L - Осевые параметры.

V - Активные области.

Т - точки касания спиралей.

В цилиндрическом корпусе 1 установлены секции 2, в которых выполнены сквозные спиралеобразные полости 3. В спиралеобразных полостях 3 эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели 4, соединенные с двух сторон жестко с дисками 5, установленными на роторе 6. Нагнетатели 4 своими спиральными поверхностями контактируют со спиральными поверхностями полостей 3 в точках Т (Т1, Т2, Т3), образуя совместно с дисками 5 замкнутые активные рабочие области V (V1, V2, V3, V4). Ротор 6 вращается на кривошипе вала 7 отбора мощности, а щеки дисков 5 проскальзывают по щекам секций 2. Ротор 6 снабжен механизмом вращения 8 с передаточным отношением относительно корпуса, равным единице. Механизм вращения 8 включает колесо, закрепленное на корпусе 1, колесо, закрепленное на роторе 6, и связывающий их блок колес, вращающийся на поводке вала 7 отбора мощности. В секциях 2 выполнены впускное 9 и выпускное 10 окна. Камера сгорания 11 встроена в центральный диск 5 и соединяет спиралеобразные полости 3 компрессорного и расширительного отсеков. Направление спиральных поверхностей в компрессорном и расширительном отсеках противоположно.

Спиралеобразные полости 3 компрессорного отсека, как и спиралеобразные полости 3 расширительного отсека, в модульном исполнении соединены промежуточными каналами 12. Осевые параметры L (L1, L2, L3), как и радиальные параметры R, модулей могут уменьшаться в сторону камеры сгорания 11.

С целью повышения надежности в секциях 2 выполнено с радиальным смещением относительно оси вала 7 несколько спиралеобразных полостей 3, в которых размещены спиралеобразные нагнетатели 4, смещенные относительно оси кривошипа. Полости 3 компрессорного и расширительного отсеков снабжены соответствующими впускными 9 и выпускными 10 окнами и соединены собственными камерами сгорания 11.

С целью повышения устойчивости и снижения радиальных биений, на валу 7 установлено несколько кривошипов, а вал выполнен в виде коленчатого. Ротор 6 каждого модуля выполнен автономным и вращается на собственном кривошипе.

Работает двигатель следующим образом. Вращается вал 7. На его кривошипе вращается ротор 6, соединенные с ним диски 5 и нагнетатели 4. Ротор 6, соединенный с корпусом 1 посредством механизма 8, с передаточным отношением, равным единице, ограничен в круговом вращении и качается в перпендикулярном к валу 7 направлении. Спиралеобразные нагнетатели 4 своими поверхностями перекатываются с проскальзыванием по поверхностям спиралеобразных полостей 3. В компрессорном отсеке точки касания Т поверхностей перемещаютя от периферийных частей спиралей полостей 3 и нагнетателей 4 к их центральным частям. В расширительном отсеке перемещение точек касания происходит от центра к периферии. Расстояние между точками касания изменяется и зависит от радиального R положения участка спирали, а объем V (V1, V2, V3), заключенный между спиральными поверхностями полостей 3 и нагнетателей 4, в компрессорном отсеке уменьшается, а в расширительном отсеке увеличивается. Воздух через впускное окно 9 попадает в спиралеобразную полость 3. Нагнетатели 4 точками Т касания с поверхностями полостей 3 отсекают объемы V, уменьшающиеся при перемещении к центру спиралей. Воздух в них сжимается и сжатый поступает в камеру сгорания 11. В камере сгорания из форсунок поступает топливо и в начальный период поджигается свечой. Сгорающая и расширяющаяся смесь поступает в спиралеобразную полость 3 расширительного отсека, замыкается точками Т касания поверхностей полости 3 и нагнетателя 4. Образовавшаяся замкнутая область перемещается по спиралям к периферии в сторону выпускного окна 10 до полного расширения смеси. В модульном исполнении объем сжимаемого воздуха пропорционален осевым параметрам L1, L2, L3. Сжатый в одном компрессорном модуле воздух поступает по промежуточному каналу 12 в соседний модуль с меньшими осевыми параметрами L, в котором дополнительно сжимается. Увеличение количества модулей соответствует увеличению ступеней и позволяет добиться необходимой степени сжатия. В расширительном отсеке модульное исполнение и осевой параметр L позволяют делать управляемым процесс расширения газа. Радиальное смещение модулей и размещение нескольких полостей 3 в каждой секции 2 позволяет осуществить несколько автономных потоков, по которым происходит сжатие и расширение, что повышает надежность.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а также может быть использовано в компрессоростроении и насосостроении. Технический результат заключается в возможности повышения мощности и снижения габаритов двигателя. Согласно изобретению роторно-волновой двигатель содержит ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии и установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе. Корпус включает впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками. Корпус выполнен цилиндрическим, и в нем установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения двигатель может быть выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами. Согласно другому варианту выполнения двигатель может быть выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Роторно-волновой двигатель, содержащий ротор, выполняющий колебания относительно осевой линии, установленный на кривошипе вала, вращающегося на двух опорных узлах в корпусе, включающем впускное и выпускное окно, компрессорный и расширительный отсеки и камеру сгорания с топливными форсунками, отличающийся тем, что в цилиндрическом корпусе установлены секции со спиралеобразными полостями, в которых эксцентрично размещены спиралеобразные нагнетатели, заключенные между закрепленными на роторе дисками, проскальзывающими по секциям корпуса с передаточным отношением, равным единице.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде осевых компрессорных и расширительных модулей, спиралеобразные полости которых выполнены в секциях соосно и соединены промежуточными каналами.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде радиальных компрессорных и расширительных модулей, в которых в каждой секции выполнено с радиальным смещением несколько спиралеобразных полостей, соединенных собственными камерами сгорания, с автономными потоками рабочей смеси.