РОТОР РОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F01C1/22 F01C21/08 F02B55/02 

Настоящее изобретение относится к ротору роторного двигателя.

Роторные двигатели внутреннего сгорания хорошо известны и обычно содержат вращающийся поршень или ротор, установленный с возможностью вращения в полости корпуса статора. Ротор и стенки полости имеют такую форму, что при вращении ротора образуются камеры сгорания, при этом стенки полости также имеют впускной и выпускной каналы для воздуха и выхлопных газов соответственно. Двигатели Ванкеля являются частным видом роторного двигателя внутреннего сгорания, в котором статор имеет трохоидальное отверстие с двумя выступами, которое образует полость, а также содержит торцевые крышки, которые образуют в осевом направлении расположенные на расстоянии друг от друга стенки, закрывающие полость. Ротор имеет корпус, который содержит наружную поверхность, содержащую три стороны ротора криволинейной формы в наружном направлении, расположенные, в общем, в форме равностороннего треугольника. Ротор установлен на эксцентриковой шейке главного вала и имеет зубчатое зацепление, обеспечивающее его планетарное вращениея в полости с передаточным отношением 1/3 к главному валу. Введение в зацепление ротора обычно обеспечивается с помощью вставки, установленной внутри посадочного отверстия, образуемого внутренней поверхностью корпуса. Вставка содержит опорную часть и сателлит, при этом сателлит предназначен для зацепления с неподвижной шестерней, установленной на одной из торцевых крышек двигателя. Зацепление сателлита с неподвижной шестерней обеспечивает вращение ротора с передаточным отношением 1/3 к главному валу. Вставка должна быть жестко прикреплена к корпусу ротора для предотвращения вращения или ее осевого перемещения относительно корпуса ротора. Это может обеспечить длительную эксплуатацию ротора с высокими частотами вращения, например, при использовании в роторных двигателях, которые могут применяться в лодках, автомобилях, самолетах, стационарных двигателях или компрессорах. Соединение вставки с корпусом также не должно препятствовать выполнению рабочей операции в камерах, образованных вращающимся ротором и полостью.

Настоящим изобретением предлагается ротор роторного двигателя, содержащий:

корпус, содержащий:

наружную поверхность, содержащую три стороны ротора, расположенные, в общем, в форме равностороннего треугольника; и

внутреннюю поверхность, содержащую: соответствующий посадочный участок, предусмотренный, в общем, в средней точке каждой стороны ротора, при этом посадочные участки совместно образуют, по меньшей мере, частично, посадочное отверстие, и посадочный участок имеет первое фиксирующее гнездо, продолжающееся, в общем, радиально от поверхности корпуса частично к наружной поверхности корпуса; и охлаждающий канал, проходящий в осевом направлении через корпус в области каждой вершины;

вставку, предусмотренную в посадочном отверстии и содержащую опорную часть и сателлит, при этом опорная часть имеет второе фиксирующее гнездо, продолжающееся, в общем, радиально, через вставку и выровненное с первым фиксирующим гнездом; и

жесткий удлиненный фиксирующий элемент, проходящий через второе фиксирующее гнездо, и, по меньшей мере, частично, размещенный в первом фиксирующем гнезде, для крепления вставки к корпусу.

Благодаря тому что фиксирующие гнезда и фиксирующий штифт продолжаются наружу изнутри, предотвращается разрушение наружной поверхности корпуса ротора и, таким образом, уменьшается риск образования канала утечки газа между наружной поверхностью и внутренней поверхностью корпуса ротора. Другим преимуществом этой конфигурации является уменьшение образования «горячих пятен» на наружной поверхности. Также может быть исключено трещинообразование в наружной поверхности в результате нагрева при сварке, поскольку на вышеуказанной наружной поверхности не требуется выполнять сварку. Также отсутствуют ограничения в отношении формы или профиля наружной поверхности, поскольку первое фиксирующее гнездо на нее не воздействует.

Предпочтительно, каждая сторона наружной поверхности корпуса ротора имеет углубление для камеры сгорания, образованное в наружной поверхности и продолжающееся частично к внутренней поверхности, и первое фиксирующее гнездо продолжается от внутренней поверхности корпуса частично к соответствующему углублению для камеры сгорания. Углубление образует камеру сгорания между стороной ротора и полостью, образованной наружным статором, в котором установлен ротор во время эксплуатации. Поскольку первое фиксирующее гнездо продолжается только частично к камере сгорания, гнездо и фиксирующий элемент не воздействуют на углубление для камеры сгорания. Это может обеспечивать гибкость в расположении углубления на стороне ротора.

Предпочтительно, первое фиксирующее гнездо продолжается от внутренней поверхности корпуса частично к наружной поверхности корпуса, в общем, в области, расположенной между соответствующим углублением для камеры сгорания и охлаждающим каналом. Это позволяет получить максимальную длину фиксирующего штифта и тем самым обеспечить прочность соединения, при этом первое и второе фиксирующие гнезда и фиксирующий штифт не воздействуют на углубление для камеры сгорания.

Предпочтительно, вышеуказанный жесткий удлиненный фиксирующий элемент и первое и второе фиксирующие гнезда предусмотрены на каждой стороне корпуса ротора, при этом каждый фиксирующий элемент размещен в соответствующем первом и втором фиксирующем гнезде в соответствующих положениях вдоль посадочных участков корпуса ротора. Это может улучшить зацепление между корпусом и вставкой, сохраняя при этом балансировку ротора и обеспечивая устойчивое вращение при высоких частотах вращения.

Предпочтительно, каждый посадочный участок имеет частично круглую форму, и посадочные участки совместно образуют посадочное отверстие, по существу, круглого сечения. Это позволяет размещать в посадочном отверстии вставку, по существу, круглой формы и может дополнительно улучшить балансировку ротора, обеспечивая устойчивое вращение при высоких частотах вращения.

Предпочтительно, каждый охлаждающий канал расположен между соответствующей парой посадочных участков, при этом охлаждающие каналы и вставка совместно образуют охлаждающие проходы. Охлаждающие проходы обеспечивают течение воздуха для охлаждения ротора во время эксплуатации.

Предпочтительно, каждое первое и второе фиксирующие гнезда продолжаются, в общем, поперек оси вращения ротора под углом 70-90° к касательной к вставке. Это может обеспечить повышение гибкости при позиционировании каждого первого и второго фиксирующих гнезд и более жесткий допуск на изготовление.

Предпочтительно, ротор роторного двигателя предназначен для двигателя Ванкеля или компрессора.

Варианты выполнения изобретения будут описаны подробно только в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - схематичный вид в разрезе ротора роторного двигателя по первому варианту выполнения изобретения;

фиг.2 - перспективный вид ротора роторного двигателя из фиг.1;

фиг.3 - схематичный вид в разрезе ротора роторного двигателя по второму варианту выполнения изобретения;

фиг.4 - перспективный вид ротора роторного двигателя из фиг.3;

фиг.5 - схематичный вид в разрезе ротора роторного двигателя по третьему варианту выполнения изобретения.

Со ссылкой на фиг.1 и 2 по первому варианту выполнения изобретения предлагается ротор 10 роторного двигателя, содержащий корпус 12, вставку 14 и жесткие удлиненные фиксирующие элементы 16.

Корпус 12 содержит наружную поверхность 18, имеющую три стороны 20 ротора, расположенные, в общем, в форме равностороннего треугольника. Каждая сторона 20 ротора имеет криволинейную форму в наружном направлении. Корпус 12 также содержит внутреннюю поверхность 22, содержащую три посадочных участка 24, при этом каждый посадочный участок расположен, в общем, в средней точке соответствующей стороны 20 ротора. Посадочные участки 24 совместно частично образуют посадочное отверстие 26. В этом примере каждый посадочный участок 24 имеет первое фиксирующее гнездо 28, которое направлено, в общем, радиально от внутренней поверхности 22 к наружной поверхности 18.

Корпус 12 также содержит три охлаждающих канала 30, при этом соответствующий охлаждающий канал 30 расположен в осевом направлении через корпус 12 в области каждой вершины 31 корпуса 12. Каждый соответствующий охлаждающий канал 30 является частично цилиндрическим по форме и имеет охлаждающие ребра 32, которые предназначены для увеличения площади поверхности вышеуказанного охлаждающего канала. Каждый охлаждающий канал 30 расположен между соответствующей парой посадочных участков 24, так чтобы охлаждающие каналы и наружная поверхность 36 вставки 14 совместно образовывали охлаждающие проходы 34. Охлаждающие проходы 34 обеспечивают течение охлаждающего воздуха через ротор 10.

Вставка 14 установлена в посадочном отверстии 26 и содержит опорную часть 38 и сателлит 50. Сателлит 50 является механически обработанной кольцевой шестерней и расположен на одном конце ротора 10 в осевом направлении, как показано на фиг.2. Опорная часть 38 имеет второе фиксирующее гнездо 40, которое продолжается, в общем, радиально через вставку 14. Вставка 14 расположена внутри посадочного отверстия 26, так чтобы второе фиксирующее гнездо 40 было выровнено с первым фиксирующим гнездом 28. Каждый жесткий удлиненный фиксирующий элемент 16 проходит через соответствующее второе фиксирующее гнездо 40 и размещается в соответствующем первом фиксирующем гнезде 28 для соединения вставки 14 с корпусом 12. В этом примере каждый фиксирующий элемент 16 является фиксирующим штифтом. Каждый фиксирующий штифт 16 плотно пригнан по соответствующим второму 40 и первому 28 фиксирующим гнездам для обеспечения надежного соединения вставки 14 с корпусом 12 ротора. Каждый фиксирующий штифт 16 размещен в соответствующем втором 40 и первом 28 фиксирующем гнезде в соответствующих положениях вдоль посадочных участков 24 корпуса 12 ротора. Это обеспечивает устойчивую работу ротора при высоких частотах вращения за счет подержания баланса ротора 10. В этом примере каждое соответствующее первое фиксирующее гнездо 28, второе фиксирующее гнездо 40 и фиксирующий штифт 16 продолжаются под углом, по существу под углом 90° к касательной к вставке 14. При необходимости соответствующее первое фиксирующее гнездо 28, второе фиксирующее гнездо 40 и фиксирующий штифт 16 могут продолжаться под другими углами, хотя предпочтительно фиксирующие штифты не продолжаются под углом меньше 70° к касательной к вставке 14. В этом варианте выполнения каждое первое фиксирующее гнездо 28 может быть расположено в любом месте вдоль внутренней поверхности 22 между охлаждающими проходами 34. Это может обеспечить повышенную гибкость в позиционировании каждого первого и второго фиксирующего гнезда и более жесткий допуск на изготовление.

Корпус 12 ротора может изготавливаться как цельная отливка из чугуна, в то время как вставка 14 может изготавливаться как поковка из соответствующей подшипниковой стали или из сортовой подшипниковой стали. Фиксирующие штифты 16 предпочтительно изготавливаются из высокосортной нержавеющей стали и, таким образом, неравномерное расширение корпуса 12 ротора, вставки 14 и штифтов 16 сводится к минимуму. Для более надежного крепления вставки 14 к корпусу 12 ротора головка 44 каждого фиксирующего штифта 16 может быть приварена к вставке 14 внутри соответствующего отверстия 42 с закругленной фаской. Следует принять во внимание, что, как вариант, может использоваться любое другое механически обработанное профильное отверстие. Излишний сварной материал может быть удален после сварки, так чтобы остальная часть каждой головки 44 и сварной материал были расположены заподлицо с внутренней поверхностью 46 вставки 14, но следует принять во внимание, что удаление излишнего сварного материал не является обязательным.

Для последующей эксплуатации ротор 10 устанавливается внутри полости (не показана) статора на эксцентриковую шейку главного вала (не показан). Кольцевая шестерня 50 предназначена для планетарного зацепления с неподвижной шестерней с внешними зубьями (не показана), и вышеуказанное зацепление обеспечивает, что ротор 10 вращается на одну треть вращения главного вала. Ротор 10 и стенки полости имеют такой профиль, что при вращении ротора образуются камеры сгорания, при этом стенки полости имеют впускной и выпускной каналы (не показаны) для воздуха и выхлопных газов соответственно. Благодаря тому что каждое первое фиксирующее гнездо 28, второе фиксирующее гнездо 40 и фиксирующий штифт 16 продолжаются наружу изнутри, предотвращается разрушение наружной поверхности 18 корпуса 12 ротора 10. Таким образом, уменьшается риск образования канала утечки газа между наружной поверхностью 18 и внутренней поверхностью 22 корпуса 12 ротора. Другим преимуществом этой конфигурации является уменьшение образования «горячих пятен» на наружной поверхности. Также может быть исключено трещинообразование в наружной поверхности в результате нагрева при сварке, поскольку на вышеуказанной наружной поверхности не требуется выполнять сварку. Также отсутствуют ограничения в отношении формы или профиля наружной поверхности 18, поскольку первое фиксирующее гнездо 28 на нее не воздействует.

По второму варианту выполнения изобретения предлагается ротор 60 роторного двигателя для двигателя Ванкеля, как показан на фиг.3 и 4. Ротор 60 этого варианта выполнения аналогичен ротору 10 по первому варианту выполнения с описанными ниже модификациями. Одинаковые ссылочные номера относятся к соответствующим компонентам.

В этом варианте выполнения корпус 12 ротора 60 имеет три дополнительных углубления 62 для камеры сгорания, одно на каждой стороне 20 ротора. Каждое углубление 62 для камеры сгорания является полостью сгорания, образованной в наружной поверхности 18 соответствующей стороны 20 ротора. Каждая полость 62 сгорания продолжается, в общем, в пределах средней точки соответствующей стороны ротора и продолжается частично к внутренней поверхности 22 вышеуказанной стороны ротора. Полость 62 сгорания образует камеру сгорания между стороной 20 ротора и полостью, предусмотренной в наружном статоре (не показан), внутри которого помещен ротор. В этом варианте выполнения каждое первое фиксирующее гнездо 28 продолжается от внутренней поверхности 22 корпуса 12 частично к наружной поверхности 18 корпуса, в общем, к области, расположенной между соответствующей полостью 62 сгорания и охлаждающим каналом 30. Это позволяет получить максимальную длину фиксирующего штифта 16 и тем самым обеспечить прочность соединения вставки с корпусом 12, при этом первое 28 и второе 40 фиксирующие гнезда и фиксирующий штифт 16 не воздействуют на полость 62 сгорания.

Каждая вершина 31 корпуса 12 также имеет гнездо 64 для уплотнения. Каждое гнездо 14 для уплотнения предназначено для размещения уплотнения (не показано), которое во время эксплуатации образует уплотнение между ротором 10 и стенкой полости двигателя, предусмотренной в наружном статоре.

По третьему варианту выполнения изобретения предлагается ротор 70 роторного двигателя для двигателя Ванкеля, как показано на фиг.5. Ротор 70 этого варианта выполнения аналогичен ротору 60 по второму варианту выполнения с описанными ниже модификациями. Одинаковые ссылочные номера относятся к соответствующим компонентам.

В этом варианте выполнения корпус 12 имеет первое фиксирующее гнездо 72, второе фиксирующее гнездо 40 и фиксирующий штифт 74, в общем, в средней точке каждой стороны 20 ротора. Каждое первое фиксирующее гнездо 72 продолжается, в общем, радиально от внутренней поверхности 22 корпуса 12 частично к соответствующей полости 62 сгорания. Каждый фиксирующий штифт 74 проходит через соответствующее второе фиксирующее гнездо 40 и размещается в соответствующем первом фиксирующем гнезде 72 для соединения вставки 14 с корпусом 12. Каждое первое фиксирующее гнездо 72 и соответствующий фиксирующий штифт 74 не воздействуют на полость 62 сгорания. В этом варианте выполнения, поскольку каждое первое фиксирующее гнездо 72 продолжается только частично к полости 62 сгорания, каждый фиксирующий штифт 74 и каждое первое фиксирующее гнездо 72 не воздействуют на полость сгорания. Таким образом, может быть обеспечено повышение гибкости расположения и размера полости 62 на стороне 20 ротора.

Изобретение относится к ротору роторного двигателя. Ротор 10 роторного двигателя содержит корпус 12, вставку 14 и фиксирующий элемент 16. Корпус 12 имеет наружную поверхность 18 и внутреннюю поверхность 22. Наружная поверхность 18 содержит три стороны 20, расположенные в форме равностороннего треугольника. Внутренняя поверхность 22 включает посадочные участки 24, расположенные каждый по центру стороны 20 ротора. Посадочные участки 24 образуют посадочное отверсие 26. Первое фиксирующее гнездо 28 посадочного участка 24 продолжается наружу изнутри от поверхности 22 к поверхности 18 частично так, что предотвращается разрушение поверхности 18. Охлаждающий канал 30 проходит в осевом направлении через корпус 12 в области каждой вершины 31. Вставка 14 расположена в посадочном отверстии 26. Опорная часть 38 вставки 14 имеет второе фиксирующее гнездо 40, направленное радиально и выровненное с гнездом 28. Фиксирующий элемент 16 проходит через гнездо 40 и расположен в гнезде 28. Техническим результатом является повышение универсальности конструкции ротора и снижение риска утечки газа между наружной и внутренней поверхностями корпуса ротора. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ротор роторного двигателя или компрессора, содержащий корпус (12), выполненный в виде единого целого, и имеющий наружную поверхность (18) с тремя сторонами (20), расположенными, в целом, в форме равностороннего треугольника, и внутреннюю поверхность (22), включающую посадочные участки (24), расположенные каждый по центру относительно каждой стороны (20) ротора и совместно образующие, по меньшей мере частично, посадочное отверстие (26), при этом посадочный участок имеет первое фиксирующее гнездо (28), продолжающееся наружу изнутри радиально от внутренней поверхности (22) корпуса к наружной поверхности (18) корпуса частично, так, что предотвращается разрушение наружной поверхности 18 корпуса 12 ротора 10, и охлаждающий канал (30), проходящий в осевом направлении через корпус в области каждой вершины, вставку (14), расположенную в посадочном отверстии (26) и содержащую опорную часть (38) и сателлит (50), при этом опорная часть имеет второе фиксирующее гнездо (40), направленное, в общем, радиально, через вставку и выровненное с первым фиксирующим гнездом (28), и жесткий удлиненный фиксирующий элемент (16), проходящий через второе фиксирующее гнездо (40), и, по меньшей мере, частично, расположенный в первом фиксирующем гнезде, для крепления вставки к корпусу.

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что каждая сторона наружной поверхности корпуса ротора снабжена углублением, образующим камеру сжатия и направленным частично к внутренней поверхности, при этом первое фиксирующее гнездо (28) направлено от внутренней поверхности корпуса частично к соответствующему углублению, образующему камеру сжатия.

3. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что первое фиксирующее гнездо (28) направлено от внутренней поверхности корпуса частично к наружной поверхности корпуса в области, расположенной между соответствующим углублением, образующим камеру сжатия, и охлаждающим каналом (30).

4. Ротор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что вышеуказанный жесткий удлиненный фиксирующий элемент и первое и второе фиксирующие гнезда расположены на каждой стороне корпуса ротора, при этом каждый фиксирующий элемент установлен в соответствующем первом и втором фиксирующем гнезде в соответствующих положениях вдоль посадочных участков корпуса ротора.

5. Ротор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что каждый посадочный участок имеет частично круглую форму, а посадочные участки совместно образуют посадочное отверстие круглого сечения.

6. Ротор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что каждый охлаждающий канал расположен между соответствующей парой посадочных участков, при этом охлаждающие каналы и вставка совместно образуют охлаждающие проходы.

7. Ротор по любому из пп. 1-3, в котором каждое первое и второе фиксирующие гнезда направлены поперек оси вращения ротора под углом 70-90° к касательной к вставке.