Роторно-пластинчатое устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, без кривошипно-шатунного механизма Российский патент 2021 года по МПК F01C1/344 F04C2/344 F16H39/32 

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.

Предлагаемое изобретение, позволяет преобразовывать возвратно-поступательное движение пластин-поршней в пазах ротора, при постоянном контакте с внутренней поверхностью статора, без использования кривошипно-шатунного механизма. Изобретение позволяет использовать вращательное движение ротора, что будет вызывать возвратно-поступательное движение пластин-поршней и 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 изобретение для 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 ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Сила F давит на пластину-поршень, выталкивая ее из паза ротора, передавая усилие на опорный ролик (I). 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).

Устройство, обеспечивающее преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное.

Левероторное устройство

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 гидропневмопривода, 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, регулируемого 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, 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.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фигуре 4 схематично представлено заявленное устройство в качестве насоса, с иллюстрацией его поперечного сечения на фигуре 5, с указанием следующих позиций:

1 - ротор с радиальными пазами,

2 - статор,

3 - опорные диски,

4 - скоба с опорным роликом,

5 - боковые крышки (показана одна),

6, 6' - впускное отверстие и выпускное отверстия,

7 - уплотнительная пластина,

8 - пластина-поршень.

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

В заявленном изобретении, используемом в качестве насоса, компрессора или гидро, пневмопривода, бесшумного пылесоса, количество рабочих пластин в пазу как минимум две. В кольцевой паз для уплотнения вставлено поджимное кольцо. В боковых крышках выполнены кольцевые пазы на уровне дна паза ротора, служащие для распределения давления, возникающего под пластинами.

Подпластинное пространство может быть заполнено специальной герметизирующей смазкой. Для большей герметизации, в боковых крышках выполнены кольцевые пазы, между нижним и верхним кольцевыми пазами, в которые вставлены дополнительные уплотнительные кольца, шириной равной ширине кольцевого паза. Пластины в пазах в верхней части имеют радиальное закругление равное ширине кольцевого паза, образуемого между внутренней поверхностью статора и наружным краем поджимного кольца.

В общем виде такое устройство может быть охарактеризовано как роторно-пластинчатое устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, без кривошипно-шатунного механизма, используемое в качестве насоса, компрессора или гидро, пневмо привода, бесшумного пылесоса, включающее статор цилиндрической формы с впускным и выпускным отверстием, на внешней поверхности которого двигаются скобы с опорными роликами, боковые крышки с кольцевыми пазами, несоосно расположенный по отношению к статору для образования камер неодинакового объема ротор, с по меньшей мере двумя радиальными пазами, и с по меньшей мере двумя пластинами-поршнями, установленными в радиальных пазах с возможностью возвратно-поступательного движения, причем 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, при этом для герметичности в радиальные пазы вставлено дополнительное уплотнение, а кольцевые пазы в боковых крышках, служащие для распределения давления, возникающего под пластинами, выполнены на уровне радиальных пазов, расположенных в роторе.

Такое роторно-пластинчатое устройство в пространстве между пластинами-поршнями и радиальными пазами может дополнительно содержать герметизирующую смазку.

Для дополнительной герметизации в боковых крышках такого роторно-пластинчатого устройства могут быть выполнены дополнительные кольцевые пазы с уплотнительными кольцами.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг. 5 схематично представлено устройство в продольном разрезе, а на фиг. 6 поперечном, с указанием следующих позиций:

1 - статор, 2 - ротор, 5 - боковая крышка, 6, 6' - впускное и выпускное отверстия, 7 - уплотнительная пластина, 8 - пластина-поршень, 9 - уплотнительное кольцо, 10 - поджимное кольцо, 11 - кольцевые пазы.

Реализация заявленного устройства проиллюстрирована на примере:

При проворачивании вала ротора, объем заключенный между пластинами (поршнями) 8, начинает увеличиваться, и перемещаемая среда поступает через впускное отверстие 6 до тех пор, пока пластина не подойдет к выпускному отверстию 6', дальнейшее проворачивание вала ротора приведет к уменьшению объем между пластинами, и перемещаемая среда будет вытесняться через выпускное отверстие 6'. Данный процесс будет повторяться при дальнейшем проворачивании вала ротора в одну или в другую сторону.

При этом, для увеличения герметичности между камерами в каждом пазу ротора количество пластин 8 может быть больше одной.

В заявленном устройстве, используемом в качестве насосов, компрессоров и бесшумных пылесосов, высокая герметизация обеспечивается при малых (до 500 об. в мин.) оборотах вращения вала ротора.

Роторно-пластинчатое устройство предназначено для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное без использования кривошипно-шатунного механизма. Роторно-пластинчатое устройство может использоваться в качестве или насоса, или компрессора, или гидропневмопривода, или бесшумного пылесоса. Роторно-пластинчатое устройство включает статор (2), скобы с опорными роликами, боковые крышки, ротор (1) и по меньшей мере две пластины-поршни (8). Статор (2) имеет цилиндрическую форму с впускным и выпускным отверстиями (6).( 6'). На внешней поверхности статора (2) двигаются скобы с опорными роликами. Боковые крышки выполнены с кольцевыми пазами. Ротор (1) несоосно расположен по отношению к статору (2) для образования камер неодинакового объема. Ротор (1) выполнен с по меньшей мере двумя радиальными пазами. По меньшей мере две пластины-поршни (8) установлены в радиальных пазах с возможностью возвратно-поступательного движения. Рабочие пластины-поршни (8) имеют длину, большую, чем длина тела ротора (1), выступая из пазов ротора. Рабочие пластины-поршни (8) входят в радиальные пазы опорных дисков, установленных с обеих сторон ротора (1) таким образом, чтобы пазы опорных дисков совпадали с пазами ротора. Рабочие пластины-поршни (8), выходя из пазов ротора (1) максимально возможно, остаются в пазах опорных дисков. Для герметичности в радиальные пазы вставлено дополнительное уплотнение. Кольцевые пазы в боковых крышках служат для распределения давления, возникающего под пластинами, и выполнены на уровне радиальных пазов, расположенных в роторе. Технический результат заключается в повышении герметичности, а также в увеличении полезного внутреннего объема и срока службы устройства. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Роторно-пластинчатое устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, используемое в качестве или насоса, или компрессора, или гидропривода, или пневмопривода, или бесшумного пылесоса, включающее статор цилиндрической формы с впускным и выпускным отверстием, на внешней поверхности которого двигаются скобы с опорными роликами, боковые крышки с кольцевыми пазами, несоосно расположенный по отношению к статору для образования камер неодинакового объема ротор с по меньшей мере двумя радиальными пазами и с по меньшей мере двумя пластинами-поршнями, установленными в радиальных пазах с возможностью возвратно-поступательного движения и шарнирно соединенными со скобами с опорными роликами, причем 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 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, при этом для герметичности в радиальные пазы вставлено дополнительное уплотнение, а кольцевые пазы в боковых крышках, служащие для распределения давления, возникающего под пластинами, выполнены на уровне радиальных пазов, расположенных в роторе.

2. Роторно-пластинчатое устройство по п. 1, в котором пространство между пластинами-поршнями и радиальными пазами дополнительно содержит герметизирующую смазку.

3. Роторно-пластинчатое устройство по п. 1, в котором в боковых крышках выполнены дополнительные кольцевые пазы с уплотнительными кольцами.