ПАРОВАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2024 года по МПК F01C1/63 F01C11/00 

Изобретение относится к области роторных машин объемного вытеснения, в частности к роторным машинам, в кольцеобразной рабочей камере которых размещены две секторные лопасти, совершающие неравномерные вращательные движения, приводимые в движение специальным механизмом преобразования движения лопастей.

Известна роторная машина объемного вытеснения, которая может использоваться в качестве паровой машины (Патент SU №1449681 F02B 55/00, F02B 55/16, 1989 г.), содержащая корпус, механизм преобразования движения, установленный в корпусе, цилиндр, две боковые крышки, коаксиальные валы, роторы, выполненные заодно с коаксиальными валами и установленные в крышках, а также две секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры. В цилиндре выполнены два окна для входа и выхода рабочего тела. Механизм преобразования движения лопастей выполнен в виде маховика (ведущее звено), жестко посаженного на вал, который установлен в корпусе эксцентрично коаксиальным валам.

В маховике выполнен диаметральный паз. На коаксиальных валах жестко закреплены одноплечие рычаги, по одному на каждом валу.

На шейках одноплечих рычагов установлены ползуны, которые размещены в диаметральном пазу.

Недостатком такого устройства является перекрытие секторной лопастью окна входа рабочего тела, приводящее к невозможности пуска устройства, либо необходимо увеличить угол дуги этого окна больше, чем угол дуги лопасти, что приводит к уменьшению действующего объема рабочей камеры и как следствие к снижению удельной мощности устройства (кВт/кг). При этом такое устройство должно содержать пусковое устройство и маховик с большим моментом инерции.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является роторная машина, которая может использоваться в качестве паровой машины (Патент RU № 2135777 F01C1/063 13.05.97), содержащая корпус, цилиндр с окнами входа и выхода рабочего тела, две боковые крышки, коаксиальные валы и роторы, установленные в крышках, а также две секторные лопасти, закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры, а также содержащая механизм преобразования движения лопастей, представляющий собой ведущий вал, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами, ведущее звено, жестко посаженное на ведущий вал, одноплечие рычаги, закрепленные по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенные при помощи тяг с ведущим звеном, при этом ведущее звено содержит два шарнира, каждый из которых соединен одной тягой с одним одноплечим рычагом, причем шарниры ведущего звена расположены на одной диаметральной линии на равных расстояниях от центра вращения ведущего звена.

Недостатком такого устройства является перекрытие секторной лопастью окна входа рабочего тела, приводящего к невозможности пуска устройства, либо необходимо увеличить угол дуги этого окна больше, чем угол дуги лопасти, что приводит к уменьшению действующего объема рабочей камеры и как следствие к снижению удельной мощности устройства (кВт/кг). При этом такое устройство должно содержать пусковое устройство и маховик с большим моментом инерции.

В основу изобретения положена задача создания паровой роторной машины с высокой удельной мощностью (кВт/кг).

Поставленная задача решается тем, что предложена паровая роторная машина, содержащая корпус, цилиндр с окнами входа и выхода рабочего тела, две боковые крышки, коаксиальные валы и роторы, установленные в крышках, а также две секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры, а также содержащая механизм преобразования движения лопастей, представляющий собой ведущий вал, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами, ведущее звено, жестко посаженное на ведущий вал, одноплечие рычаги, установленные по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенные при помощи тяг с ведущим звеном, при этом ведущее звено содержит два шарнира, каждый из которых соединен одной тягой с одним одноплечим рычагом, причем шарниры ведущего звена расположены на одной диаметральной линии на равных расстояниях от центра вращения ведущего звена.

Согласно изобретению, паровая роторная машина состоит из двух роторных машин, соединенных между собой со стороны ведущих валов механизмом зубчатой передачи, а со стороны цилиндров двумя коллекторами.

Согласно изобретению, механизм зубчатой передачи состоит из корпуса, установленного в него вала отбора мощности, с посаженным на него зубчатым колесом и входящих в зацепление с ним шестерен, насаженных на ведущие валы обеих роторных машин, причём ведущие валы повернуты относительно друг друга так, что окно входа рабочего тела в цилиндр одной роторной машины полностью закрыто, а окно входа рабочего тела в цилиндр другой роторной машины полностью открыто.

Согласно изобретению, окна входа рабочего тела и выхода отработанного рабочего тела выполнены в цилиндрах обеих роторных машин симметрично относительно вертикальной оси y, проходящей через центры вращения лопастей О и ведущего звена О1, и соединены трубопроводами с коллекторами так, что окна входа рабочего тела в цилиндры обеих роторных машин соединены с одним коллектором, а окна выхода отработанного рабочего тела из цилиндров обеих роторных машин соединены с другим коллектором.

В заявленном техническом решении для устранения перекрытия лопастью окна входа рабочего тела, устройство составлено из двух роторных машин, выходные валы которых повернуты относительно друг друга так, что окно входа рабочего тела в цилиндр одной роторной машины полностью закрыто, а окно входа рабочего тела в цилиндр другой роторной машины полностью открыто. Рабочее тело (водяной пар, сжатый воздух, либо другой сжатый газ) из коллектора подачи попадает в тот цилиндр, где окно открыто, поскольку этот коллектор соединен с окнами входа обоих цилиндров. Рабочее тело начинает работать в одном цилиндре. Через ~ 15° поворота выходных валов обеих роторных машин (а они связаны между собой зубчатой передачей) рабочее тело начинает работать в цилиндрах обеих роторных машин. Устройство может запускаться из любого углового положения валов (пусковое устройство не нужно). Рабочее тело производит воздействие на лопасти обеих роторных машин с максимальной эффективностью, приводящую заявляемую паровую роторную машину к высокой удельной мощности (кВт/кг). Кроме того, благодаря симметричности окон, устройство может быть реверсивным. При смене направления подачи рабочего тела, выходные валы совершают вращение в другом направлении.

Сущность технического решения поясняется рисунками.

Фиг. 1 - общий вид устройства (паровой роторной машины)

Фиг. 2 - общий вид роторной машины.

Фиг. 3 - общий вид устройства с открытой зубчатой передачей.

Фиг. 4 - общий вид внутренних деталей устройства.

Фиг. 5 - коаксиальные валы и роторы с лопастями в сборе.

Фиг. 6 - схема расположения лопастей в цилиндрах обеих роторных машин, с наложенным на нее механизмом преобразования движения.

Где: 1 - корпус роторной машины; 2 - цилиндр роторной машины; 3 и 4 - окна входа и выхода рабочего тела; 5 и 6 - боковые крышки; 7 и 8 - коаксиальные валы; 9 и 10 - роторы; 11 и 12 - секторные лопасти; 13 - кольцеобразная рабочая камера; 14 - ведущий вал роторной машины; 15 - ведущее звено; 16 и 17 - одноплечие рычаги; 18 и 19 - тяги; 20 и 21 - роторные машины; 22 - механизм зубчатой передачи; 23 и 24 - коллекторы;

25 - корпус механизма зубчатой передачи; 26 - вал отбора мощности; 27 - зубчатое колесо; 28 и 29 - шестерни; 30 и 31 - трубопроводы; 32 и 33 - патрубки входа и выхода рабочего тела; 34 - ось вращения ведущего звена; 35 - ось вращения одноплечих рычагов и лопастей; C, B - окна входа рабочего тела; D, E- окна выхода рабочего тела.

Детали механизма преобразования движения лопастей на роторной машине 21 обозначаются с буквой А: 11А, и 12А - секторные лопасти; 15А - ведущее звено; 16А и 17А - одноплечие рычаги; 18А и 19А - тяги; 30А и 31А - трубопроводы.

На чертежах обозначены также:

1) углы: α - угол между тягой и ведущим звеном (19 и 15; 19А и 15А); γ - угол между тягой и одноплечим рычагом (19 и 17; 19А и 17А); β - угол между тягой и ведущим звеном (18 и 15; 18А и 15А); Δ - угол между тягой и одноплечим рычагом (18 и 16; 18А и 16А).

2) оси: О1 - ось вращения ведущего звена; О - ось вращения одноплечих рычагов и лопастей.

3) сочленения: И - сочленение одноплечего рычага и тяги (17 и 19; 17А и 19А); К - сочленение одноплечего рычага и тяги (16 и 18; 16А и 18А); Л - сочленение ведущего звена и тяги (15 и 18; 15А и 18А).

Заявленная паровая роторная машина состоит из двух одинаковых роторных машин 20 и 21, которые соединены между собой со стороны ведущих валов 14 механизмом зубчатой передачи 22, а со стороны цилиндров 2 двумя коллекторами 23 и 24.

Роторная машина включает корпус 1, цилиндр 2 с окнами входа и выхода рабочего тела 3 и 4, боковых крышек 5 и 6, куда установлены коаксиальные валы 7 и 8, а также роторы 9 и 10 с лопастями 11 и 12, образующие совместно с цилиндром 2 кольцеобразную рабочую камеру 13.

Зубчатая передача состоит из корпуса 25, вала отбора мощности 26, зубчатого колеса 27 и двух шестерен 28 и 29, насаженных на ведущие валы обеих роторных машин.

Механизм преобразования движения лопастей состоит из ведущего вала 14 насаженного на него ведущего звена 15, одноплечих рычагов 16 и 17, где ведущее звено 15 соединено с одноплечими рычагами 16 и 17 тягами 18 и 19.

Ведущие валы 14 повернуты относительно друг друга так, что окно входа рабочего тела в цилиндр одной роторной машины полностью закрыто, а окно входа рабочего тела в цилиндр другой роторной машины полностью открыто, при этом окна входа и выхода объединены коллекторами входа и выхода, что позволяет устройству работать из любого углового положения устройства.

Окна входа 3 и выхода 4 рабочего тела выполнены симметрично относительно вертикальной оси для возможности реверсного вращения. Коллектор 23 соединен трубопроводами 30А и 31А с окнами входа рабочего тела, а коллектор 24 соединен своими двумя трубопроводами 30 и 31 с окнами выхода рабочего тела. Рабочее тело входит в коллектор через патрубок 32, а выходит через патрубок 33.

На фиг. 6 изображена схема механизма преобразования движения лопастей, выполненная линиями (это детали) и окружностями (это сочленения), наложенная на поперечное сечение лопастей и цилиндров.

Детали механизма преобразования движения на роторной машине 21 обозначены с буквой «А», например, 15А.

Нужно заметить, что одноплечие рычаги 16 и 17 перемещаются с лопастями 11 и 12 совместно, так как они жёстко соединены с ними посредством коаксиальных валов 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

Рабочее тело входит через патрубок 32 в коллектор 23 и через трубопровод 31А попадает в цилиндр роторной машины 21. Давление рабочего тела оказывает воздействие на обе лопасти 11А и 12А. Лопасть 12А при этом движется ускоренно, увеличивая момент, а лопасть 11А - замедленно, уменьшая отрицательный момент, но в одном направлении.

На фиг. 6 видно, что расположение деталей механизма преобразования движения лопастей, расположение центров вращения одноплечих рычагов и ведущего звена создают эффект, при котором лопасть 12А может двигаться легко, а лопасть 11А тяжело из-за очень малого угла α и большого угла γ.

Здесь давление рабочего тела действует на лопасть 11А, лопасть передает усилие одноплечему рычагу 17А (через коаксиальный вал), а одноплечий рычаг 17А своим сочленением «И» тянет ведущее звено 15А по часовой стрелке под очень маленьким углом α, создавая маленький отрицательный момент. А в это время под действием давления рабочего тела на лопасть 12А, лопасть передает усилие одноплечему рычагу 16А, который толкает своим сочленением «К» через тягу 18А ведущее звено 15А через сочленение «Л».

А у ведущего звена очень большое плечо рычага «Л»-«01», причем при дальнейшем движении момент вращения лопасти 12А увеличивается и это увеличение намного перекрывает отрицательный вращающий момент, создаваемый лопастью 11А.

Начальное положение механизма преобразования движения лопастей, когда лопасти находятся вверху под углом 45° к вертикальной оси y.

Кроме того, примерно через 15° (10°6' + 4°18' ≈15°) поворота ведущих валов вступает в работу цилиндр роторной машины 20. Теперь паровая роторная машина работает цилиндрами обеих роторных машин, двойной тягой.

Устройство может быть реверсивным. Если рабочее тело подать в патрубок 33, то вал отбора мощности будет вращаться в обратную сторону с одинаковыми параметрами, т.е. с одинаковой скоростью вращения и моментом вращения.

Описываемый механизм преобразования движения лопастей был изготовлен и испытан при создании роторно-лопастного компрессора и показал хорошие результаты.

Изобретение относится к паровой роторной машине. Машина содержит две роторные машины 20, 21, соединенные между собой со стороны ведущих валов механизмом зубчатой передачи, а со стороны цилиндров - двумя коллекторами 23, 24. Механизм зубчатой передачи состоит из корпуса 25, установленного в него вала 26 отбора мощности с посаженным на него зубчатым колесом и входящих в зацепление с ним шестерен, насаженных на ведущие валы машин 20, 21. Окна входа рабочего тела и выхода отработанного рабочего тела выполнены в цилиндрах машин 20, 21 симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через центры вращения лопастей и ведущего звена, и соединены трубопроводами 30, 31 и 30А, 31А с коллекторами 23, 24. Ведущие валы повернуты относительно друг друга таким образом, что окно входа рабочего тела в цилиндр одной роторной машины полностью закрыто, а окно входа рабочего тела в цилиндр другой роторной машины полностью открыто. Изобретение направлено на создание паровой роторной машины с высокой удельной мощностью. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Паровая роторная машина, содержащая корпус, цилиндр с окнами входа и выхода рабочего тела, две боковые крышки, коаксиальные валы и роторы, установленные в крышках, а также две секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры, а также содержащая механизм преобразования движения лопастей, представляющий собой ведущий вал, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами, ведущее звено, жестко посаженное на ведущий вал, одноплечие рычаги, установленные по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенные при помощи тяг с ведущим звеном, при этом ведущее звено содержит два шарнира, каждый из которых соединен одной тягой с одним одноплечим рычагом, причем шарниры ведущего звена расположены на одной диаметральной линии на равных расстояниях от центра вращения ведущего звена, отличающаяся тем, что паровая роторная машина состоит из двух роторных машин, соединенных между собой со стороны ведущих валов механизмом зубчатой передачи, а со стороны цилиндров - двумя коллекторами, при этом механизм зубчатой передачи состоит из корпуса, установленного в него вала отбора мощности с посаженным на него зубчатым колесом и входящих в зацепление с ним шестерен, насаженных на ведущие валы обеих роторных машин, окна входа рабочего тела и выхода отработанного рабочего тела выполнены в цилиндрах обеих роторных машин симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через центры вращения лопастей и ведущего звена, и соединены трубопроводами с коллекторами, ведущие валы повернуты относительно друг друга таким образом, что окно входа рабочего тела в цилиндр одной роторной машины полностью закрыто, а окно входа рабочего тела в цилиндр другой роторной машины полностью открыто.

2. Паровая роторная машина по п. 1, отличающаяся тем, что окна входа рабочего тела в цилиндры обеих роторных машин соединены с одним из коллекторов, а окна выхода отработанного рабочего тела из цилиндров обеих роторных машин соединены с другим коллектором.