Устройство преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное без кривошипно-шатунного механизма Российский патент 2020 года по МПК F02B53/00 F01C1/344 F04C2/344 

Известен способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, используя кривошипно-шатунный механизм. При таком способе, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, обеспечивает кривошипно-шатунный механизм. Известен способ перемещения жидких и газообразных сред с помощью поршневого устройства, движение поршня в цилиндре которого, осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное и наоборот. Наряду со всеми известными преимуществами, в устройстве присутствует один серьезный недостаток, кривошипно-шатунный механизм. Механизм довольно сложный в технологическом плане и резко увеличивает габаритные размеры при увеличении полезного объема.

Предлагаемый способ, позволяет преобразовывать возвратно-поступательное движение пластин-поршней в пазах ротора, при постоянном контакте с внутренней поверхностью статора, без использования кривошипно-шатунного механизма. Способ позволяет использовать энергию расширяющейся среды для преобразования возвратно-поступательного движения пластин-поршней во вращательное движение ротора.

При таком способе возможно и обратное действие, вращательное движение ротора будет вызывать возвратно-поступательное движение пластин-поршней, что будет приводить к перемещению среды.

Сила расширяющейся среды F, давит на поршень, который связан с шатуном, закрепленным на кривошипе, см. фиг. 1 с наглядной иллюстрацией преобразования кривошипом возвратно-поступательное движение поршня во вращательное.

Предлагается способ, преобразования возвратно-поступательного движения поршней (пластин), во вращательное, за счет движения поршней (пластин), в постоянном контакте с внутренней поверхностью статора, без кривошипно-шатунного механизма.

ОПИСАНИЕ СПОСОБА:

Сила F давит на пластину-поршень, выталкивая ее из паза ротора, передавая усилие на опорный ролик (1). Поскольку центр вращения ротора смещен относительно центра вращения ротора, ролик пластины-поршня (II) будет прокатываться по поверхности статора (III), и пластина-поршень будет проворачивать тело ротора (IV) (см. фиг. 2).

Сила расширяющейся среды F, давит на поверхности соседних пластин-поршней. Поскольку площадь одной пластины, выдвинутой из паза, больше, чем предыдущей, сила F будет давить на поверхность пластины, заставляя ее выдвигаться из паза. За счет соединения пластин-поршней с внешней поверхностью статора, ротор начнет проворачиваться. Таким образом, возвратно-поступательное движение пластин-поршней, будет преобразовываться во вращательное движение ротора. Способ позволяет преобразовывать вращательное движение обратно, в возвратно поступательное движение пластин-поршней (см. фиг. 3).

Устройства, обеспечивающие преобразование возратно-поступательного движения во вращательное.

Левероторные устройства. Варианты исполнения.

Левероторное устройство, от английского слова LEVER- рычаг, и ROTOR- рабочее колесо, LEVEROTOR- вращение рабочего колеса воротом.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания с любой воздушно-газовой смесью, в качестве гидро-пневмо-привода, в виде компрессора или насоса, водометного движителя и бесшумных пылесосов.

Известно роторно-пластинчатое устройство (патент №RU 2541059). Устройство содержит статор, расположенный в нем ротор с радиальными пазами и рабочими пластинами в них, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения и контакта при этом своими верхними частями с внутренней поверхностью корпуса статора. Корпус статора выполнен цилиндрической формы и имеет боковые крышки с кольцевым пазом. Ротор расположен коаксиально со смещением к стенке корпуса с образованием камер неодинакового объема, при этом каждая пластина выполнена с выступами, контактирующими с кольцевым пазом крышек для обеспечения углового перемещения верхней части пластины в постоянном контакте с внутренней поверхностью корпуса.

Недостатком данного устройства является то, что пластины, контактируя своими верхними частями с внутренней поверхностью статора, имеют только линейный контакт вдоль осевой поверхности. Это не создает нужной герметичности. Пластины, двигаясь в радиальных пазах ротора, имеют ограничение по максимальному выходу из паза, так как при максимальном выходе будет оказываться сильная механическая нагрузка на края паза, и пластина может разрушать края паза. А также, зазор между верхними частями и внутренней поверхностью статора не регулируется в процессе износа, что также приводит к разгерметизации.

Задачей заявляемого решения является создание универсального по применению роторно-пластинчатого устройства простого в изготовлении и надежного в работе.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении герметичности, а также в увеличении полезного внутреннего объема и срока службы устройства, что обеспечивает большую эффективность работы устройства.

Повышение герметичности осуществлено счет постоянного оптимального контакта пластин ротора с внутренней поверхностью статора. Увеличение полезного внутреннего объема осуществлено за счет максимального выхода пластин-поршней из паза ротора.

Увеличение срока службы устройства благодаря тому, что механическая нагрузка на края радиальных пазов снижена за счет использования уплотнительных пластин, расположенных на внутренней поверхности статора, за счет чего снимаются ограничения по максимальному выходу пластин поршней из радиальных пазов и снижается механическая нагрузка на внешние края радиальных пазов.

Для достижения указанного технического результата в левероторном устройстве (роторно-пластинчатом двигателе), содержащем статор, несоосно расположенный в нем ротор с радиальными пазами, как минимум двумя, и рабочими пластинами-поршнями в них, как минимум одной в каждом пазу, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения и контактирующие при этом своими верхними частями с внутренней поверхностью уплотнительных пластин, имеющих такой же внутренний радиус закругления, что и наружный край рабочих пластин-поршней, а наружный край уплотнительных пластин имеет такое же радиальное закругление, что и внутренняя поверхность корпуса статора. Наружная поверхность уплотнительных пластин и боковая поверхность рабочих пластин-поршней может иметь продольные пазы, в которые вставлены дополнительные уплотнения. Согласно предложению внешние края корпуса статора имеют цилиндрическую форму, по которым двигаются опорные катки или ролики, имеющие регулируемое, механическое соединение через скобы, с внутренними уплотнительными пластинами, которые, в свою очередь, шарнирно соединены с рабочими пластинами-поршнями, двигающимися в пазах ротора. Рабочие пластины-поршни имеют длину большую, чем длина тела ротора, выступая из пазов ротора, и входят в радиальные пазы опорных дисков, установленных с обеих сторон ротора таким образом, чтобы пазы опорных дисков совпадали с пазами ротора, и рабочие пластины-поршни, выходя из пазов ротора максимально возможно, оставались в пазах опорных дисков. Таким образом, обеспечивается герметичность камер между рабочими пластинами-поршнями, при максимальном выходе основных пластин из пазов ротора, и отсутствует нагрузка, способная разрушать края пазов ротора. В опорных дисках выполнены кольцевые пазы на уровне дна паза ротора, служащие для распределения давления, возникающего под пластинами. В случае использования устройства в качестве насоса или компрессора, количество рабочих пластин в пазу может быть более одной, а подпластинное пространство может быть заполнено специальной герметизирующей смазкой. Для подвода и отвода перекачиваемой среды в теле статора выполнены впускные и выпускные отверстия.

Также, согласно предложению, на валу ротора с одного конца выполнены несквозные осевые отверстия, имеющие выход в пазы. В случае использования устройства в качестве ДВС, эти отверстия служат для подвода рабочей смеси. В некоторых случаях, например при использовании дизельного топлива, в боковой стенке паза выполнено внутреннее отверстие, соединяющее подпластинное пространство с камерой, образуемой между двумя соседними пластинами, в верхней «мертвой» точке, когда объем между двумя соседними пластинами становится минимальным.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями.

В общем виде такое устройство представляет собой роторно-пластинчатый двигатель, включающий статор цилиндрической формы с впускным и выпускным отверстием, на внешней поверхности которого двигается скоба с опорными роликами, боковые крышки, расположенные с внешней стороны статора, опорные диски, несоосно расположенный по отношению к статору для образования камер неодинакового объема ротор, с по меньшей мере двумя радиальными пазами, и пластинами-поршнями, с выступом в торцевой части, установленными в радиальных пазах с возможностью возвратно-поступательного движения и контактирующими с пазами уплотнительных пластин, расположенных на внутренней поверхности статора, а для создания герметичности камер неодинакового объема пазы уплотнительных пластин выполнены с повторением формы торцевых выступов пластин-поршней, контактирующих с уплотнительными пластинами, причем скобы с опорными роликами, расположенные на внешней поверхности статора, имеют регулируемое, механическое соединение с уплотнительными пластинами, которые соединены с пластинами-поршнями, двигающимися в пазах ротора и при максимальном выходе из радиальных пазов, не разрушающими края радиальных пазов.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями. Пластины-поршни в роторно-пластинчатом двигателе могут дополнительно включать продольные пазы с уплотнениями.

На фигуре 5, проиллюстрирован роторно-пластинчатый двигатель в качестве двигателя внутреннего сгорания, которое схематично представлено в поперечном разрезе на фиг. 4, а на фиг. 6 в продольном, с указанием следующих позиций:

1 - ротор с радиальными пазами,

2 - статор,

3 - опорные диски,

4 - скоба с опорным роликом и шарниром,

5 - боковые крышки,

6, 6' - впускное и выпускное отверстия,

7 - уплотнительные пластины,

8 - пластины-поршни,

9 - запальное устройство,

10 - клапан,

11 - канал подачи горючей смеси,

12 - выпускное отверстие в опорном диске.

Принцип работы заключается в следующем: при проворачивании вала ротора 1, пластина-поршень 8 начинает выходить из паза ротора, создавая разряжение в подпластинном пространстве, и горючая смесь, например газ, поступает через впускное отверстие 6. При дальнейшем проворачивании вала ротора, пластина-поршень 8 начинает обратное движение, сжимая рабочую смесь в подпластинном пространстве. Дойдя до самой нижней точки, пластина-поршень открывает канал подачи горючей смеси 11 в теле ротора и сжатая смесь поступает в камеру сгорания, образованную между двумя соседними пластинами, поверхностью ротора и статора и боковыми крышками. В следующий момент происходит воспламенение с помощью запального устройства 9, и расширяющиеся газы оказывают давление на поверхности пластин-поршней, одна из которых к этому моменту имеет большую площадь поверхности, поэтому возрастающее давление в камере будет создавать большую силу на нее, заставляя проворачиваться ротор. Затем, выпускное отверстие 12 в опорном диске 3, подходит к выпускному отверстию 6^/ в боковой крышке 5, и происходит выхлоп отработанных газов. Последующие пары пластин-поршней продолжают вращение ротора.

Заявляемое роторно-пластинчатое устройство универсально по применению, простое в изготовлении и надежное в работе.

Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.

В отличие от поршневых устройств, в данном устройстве отсутствует наиболее изнашиваемая деталь коленчатый вал, что повышает надежность и увеличивает срок службы устройства.

Способ для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное с использованием такого устройства заключается в том, что через впускное отверстие в статоре подают горючую смесь, которая поступает при проворачивании вала ротора и выходе пластины-поршня из радиального паза и преобразуется в сжатую смесь посредством дальнейшего проворачивания вала ротора и вхождении пластины-поршня внутрь радиального паза, открывая таким образом канал в теле ротора, из которого сжатая смесь поступает в камеру сгорания, образованную между двумя соседними пластинами-поршнями, поверхностью ротора и статора и боковыми крышками, далее с помощью запального устройства сжатую смесь воспламеняют с образованием расширяющихся газов, оказывающих давление на поверхности пластин-поршней посредством создания возрастающего давления в камере с наибольшим объемом по отношению к остальным камерам, образованных между двумя соседними пластинами-поршнями, поверхностью ротора и статора и боковыми крышками, и заставляют проворачиваться ротор таким образом, чтобы впускное отверстие в одном из опорных дисков подошло к выпускному отверстию в боковой крышке для выхлопа отработанных газов.

Заявляемое техническое решение позволяет легко изменять свойства устройства, а именно, в случае использования как двигатель внутреннего сгорания, изменять степень сжатия, количество рабочих циклов, что достигается простой сменой боковых крышек, в которых смещается ось вращения ротора, и устанавливаются дополнительные клапанные механизмы, для впуска рабочей смеси и выпуска отработанной.

В заявляемом устройстве упрощен подвод рабочей смеси и отвод отработанных газов за счет выполненных несквозных отверстий на валу ротора, имеющих также выход в пазы, сквозных отверстий в опорном диске и боковой крышке, и проходном канале в теле ротора.

В представленном устройстве, рабочий цикл является однооборотным, то есть, за один оборот происходит всасывание рабочей смеси, ее сжатие, воспламенение и выпуск отработанных газов. Это упрощает работу устройства, но делает коротким рабочий цикл устройства.

Для создания более полного цикла работы устройства, с обеих сторон статора устанавливаются боковые крышки со встроенным клапанным механизмом. В этом случае, клапанный механизм обеспечивает подачу рабочей смеси непосредственно в камеру, образуемую между двумя соседними рабочими пластинами-поршнями, и полный рабочий цикл будет происходить за два полных оборота вала ротора. За первый оборот происходит заполнение рабочей смеси (от 90 до 180 градусов) и сжатие рабочей смеси (от 180 до 360 градусов). За второй оборот (от 360 до 540 градусов) - воспламенение и рабочий ход, и выпуск отработанных газов (от 540 до 720 градусов).

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к роторно-пластинчатым двигателям. Роторно-пластинчатый двигатель включает статор, боковые крышки, опорные диски, запальное устройство и ротор. Статор цилиндрической формы с впускным и выпускным отверстиями, на внешней поверхности которого двигается скоба с опорными роликами. Боковые крышки с отверстием на одной из них расположены с внешней стороны статора. Опорные диски с впускным отверстием в одном из них несоосно расположены по отношению к статору. Для создания герметичности камер неодинакового объема пазы уплотнительных пластин выполнены с повторением формы торцевых выступов пластин-поршней, контактирующих с уплотнительными пластинами. Скобы имеют регулируемое механическое соединение с уплотнительными пластинами, которые соединены с пластинами-поршнями, двигающимися в пазах ротора. Достигается повышение эффективности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Роторно-пластинчатый двигатель, включающий статор цилиндрической формы с впускным отверстием и выпускным отверстием, на внешней поверхности которого двигается скоба с опорными роликами, боковые крышки с отверстием на одной из них, расположенные с внешней стороны статора, опорные диски с впускным отверстием в одном из них, запальное устройство, несоосно расположенный по отношению к статору для образования камер неодинакового объема ротор с по меньшей мере двумя радиальными пазами и пластинами-поршнями, с выступом в торцевой части, установленными в радиальных пазах с возможностью возвратно-поступательного движения и контактирующими с пазами уплотнительных пластин, расположенных на внутренней поверхности статора, а для создания герметичности камер неодинакового объема пазы уплотнительных пластин выполнены с повторением формы торцевых выступов пластин-поршней, контактирующих с уплотнительными пластинами, причем скобы с опорными роликами, расположенные на внешней поверхности статора, имеют регулируемое механическое соединение с уплотнительными пластинами, которые соединены с пластинами-поршнями, двигающимися в пазах ротора и при максимальном выходе из радиальных пазов не разрушающими края радиальных пазов.

2. Роторно-пластинчатый двигатель по п. 1, в котором пластины-поршни дополнительно включают продольные пазы с уплотнениями.

3. Роторно-пластинчатый двигатель по п. 1, содержащий дополнительно клапанные механизмы, встроенные в боковые крышки.

4. Способ работы роторно-пластинчатого двигателя по п. 1, заключающийся в том, что через впускное отверстие в статоре подают горючую смесь, которая поступает при проворачивании вала ротора и выходе пластины-поршня из радиального паза и преобразуется в сжатую смесь посредством дальнейшего проворачивания вала ротора и вхождении пластины-поршня внутрь радиального паза, открывая таким образом канал в теле ротора, из которого сжатая смесь поступает в камеру сгорания, образованную между двумя соседними пластинами-поршнями, поверхностью ротора и статора и боковыми крышками, далее с помощью запального устройства сжатую смесь воспламеняют с образованием расширяющихся газов, оказывающих давление на поверхности пластин-поршней посредством создания возрастающего давления в камере с наибольшим объемом по отношению к остальным камерам, образованным между двумя соседними пластинами-поршнями, поверхностью ротора и статора и боковыми крышками, и заставляют проворачиваться ротор таким образом, чтобы впускное отверстие в одном из опорных дисков подошло к выпускному отверстию в боковой крышке для выхлопа отработанных газов.