Роторно-поршневой двигатель Журилова В. Советский патент 1993 года по МПК F01C19/00 F04C27/00 

Изобретение относится к двигателест- роению и транспорту.

Целью изобретения является повышение эффективности работы и обеспечение дозированной смазки рабочих поверхностей, применением: конструкции уплотни- тельных элементов, открывающей возможность использования предлагаемой уплотнительной системы в РПД с различной фигурацией профилей ротора (роторов); уплотняющих элементов, имеющих фигурацию профиля, сочетающуюся с формой паза и позволяющую улучшить уплотнение в первую очередь в системе: уплотняющая пластина - паз; жестко фиксированной установки пластин (и торцовых, и радиальных), что делает сборку и установку ротора в корпус двигателя более технологичными;

использование радиальных перегородок (пластин) для дозированной подачи масла на рабочие поверхности; отказ от маслона- соса для упрощенной общей конструкции двигателя; использование свободновраща- ющихся игольчатых уплотняющих элементов, способствующих гашению поперечно-ударного действия при сохранении уплотнения.

На фиг, 1 дано аксонометрическое изображение уплотнительной системы (контуры ротора обозначены пунктиром); на фиг, 2 - торцовый уплотнительный элемент в трех проекциях; на фиг. 3 - поперечный срез торцовой пластины в канавке; на фиг. 4 - радиальная перегородка в трех проекциях; на фиг. 5 - узел стыковки торцовых элементов и радиальной перегородки; на фиг. 6 - общий вид

00

S о

00

чэ

со

составляющих радиальную перегородку в раздельном положении; на фиг. 7 - точки фиксации цилиндрического уплотнителя- кассеты и игольчатых уплотняющих элементов; на фиг. 8 - положение радиальной перегородки в пазу во вжатом виде (а); в пазу в свободном состоянии (в верхней точке паза) (б); на фиг. 9 - продольный разрез двигателя; на фиг. 10 - поперечный разрез двигателя; на фиг. 11 - торцовые заглушки паза радиальной перегородки.

Роторно-поршневой двигатель (фиг. 9 и 10), содержит корпус 38 с каналами подвода и отвода рабочей среды (рабочего тела), торцовые крышки 39, профилированный ротор 40 с радиальными пазами 35 и канавками 10 на боковых поверхностях, выполненных по периметру профиля ротора. Ротор 40, установленный в корпусе, образует рабочие камеры, изолированные между собой.

Уплотнительная система (фиг, 1) ротор- но-поршневого двигателя (далее двигателя) состоит из торцовых уплотнительных элементов (пластин) 1, выполненных по периметру профиля ротора 40, и радиальных перегородок 2. И торцовые элементы, и радиальные перегородки подпружинены снизу плоскими пружинами 7 и 36 соответственно.

Торцовые элементы 1 имеют продольное расчленение, т.е. выполнены с продольным разъемом. Каждый элемент 1 имеет в поперечном сечении форму прямоугольника, составленного из двух полупрофилей 3 и 4. Каждый полупрофиль 3 и 4 имеет ступенчатый выступ 8 со стороны стенки канавки (снаружи). Внутренняя часть полупрофилей 3 и 4 состоит из ребер 5, выполненных и сориентированных таким образом, что при соединении (сборке) каждого торцового элемента 1 оба полупрофиля 3 и 4, входя друг в друга встречными ребрами 5, образуют внутреннюю полость, в которой установлена пружина 6. Канавки 10 на боковых сторонах ротора 40 имеют прямоугольное сечение, соответствующее сечению торцовых элементов 1. Ступенчатые выступы 9, расположенные в верхней части канавки 10, служат монтажными ограничивающими (и фиксирующими) упорами для выступов 8 торцовых элементов 1, подпружиненных снизу пружиной 7, Каждая торцовая пластина составлена из четырех торцовых элементов 1, стыкующихся между собой разъемами типа лабиринт.

Радиальные перегородки 2 (фиг. 4 и 6) имеют сложную фигурацию, в поперечном разрезе напоминающую двутавровый профиль. В нижней части радиальной перегородки 2 с обеих сторон имеются расширения в

виде ступенчатых выступов 15, в верхней части два угловых выступа 16 образуют коническое расширение. Между этими парными выступами расположен плоский участок

прямоугольного сечения. На верху конической части радиальной перегородки 2 выполнен продольный цилиндрический на 1/3 усеченный паз 17, в котором размещен цилиндрический уплотнитель 18 - кассета для

0 элементов 20, усеченный плоскостью в верхней части. На этой плоскости имеются два продольных, также усеченных на 1/3, паз 19, в которых установлены игольчатые уп- лотнительные элементы 20. Радиальная пе5 регородка 2, цилиндрический уплотнитель 18 и игольчатые элементы 20 имеют поперечные разъемы 11,21 и 22 соответственно, смещенные относительно друг друга вдоль осевой линии, что способствует сохранению

0 уплотнения по всей длине радиальной перегородки 2. Снизу разъем 11 перекрывается пластиной 12, с боков - пластинами 13 с отштампованными проточками 14. Торцовые плоскости радиальных перегородок 2 в

5 нижней части переходят в выступы 29, размещающиеся в проточках 30 торцовых элементов 1 (фиг. 5), замыкая таким образом уплотнительную систему в единый контур. Проточки 30 образуются срезом части на0 ружного уплотнительного пояса 31 торцовых элементов 1. При этом внутренний уплотнительный пояс 32 остается замкнутым. В роторе выполнены каналы 33 из внутренней полости, их выходные сечения

5 расположены на боковых поверхностях радиального паза 35. Радиальные перегородки 2 установлены в пазах 35 так, что между ступенчатыми выступами 15 перегородок 2 и выступами 34 паза 35 образуется зазор,

0 допускающий возвратно-поступательное перемещение перегородки с возможностью попеременного перекрытия впускных каналов 33 и выходных проточек 14, одновременно нижняя внутренняя полочка выступа 34

5 паза 35 служит ограничивающим упором для боковых выступов 15 радиальных перегородок 2.

Торцовые пластины 1 собираются по секторам в следующей последовательности.

0 Берется внутренний полупрофиль 3, между средними ребрами 5 устанавливается проволочная пружина 6 и профиль 3 вставляется в полупрофиль 4. Боковым нажатием на обе полупрофиля 3 и 4 (встречно направлен5 ным) проволочная пружина 6 сжимается и сектор, т.е. торцовый элемент 1, в таком состоянии обретает возможность свободного вложения в канавку 10, куда предварительно вставляется плоская пружина 7. Боковое сжатие снимается и под действием

проволочной пружины 6 полупрофили 3 и 4 расходятся, упираясь в боковые стенки канавки 10, а под действием пружины 7 установленный сектор торцовой пластины 1 в канавке 10 выходит в стандартное положение, когда полочки ступенчатых выступов 8 полупрофилей 3 и 4, упираясь в боковые стенки ив полочки выступов 9 канавки 10, надежно уплотняют торцовый элемент 1 внутри канавки 10, обеспечивая одновре- менноуплотнениес внутренними поверхностями (боковых) торцовых крышек 39 статора. Аналогичным способом устанавливаются следующие сектора с предваритель- ным совмещением разъемов с ранее установленным сектором. По окончании сборки торцовых уплотнительных пластин 1 можно перейти к установке радиальных перегородок 2 в следующем порядке.

В уплотнитель-кассету 18 (в одну из половин) вставляются по половинкам игольчатые уплотнительные элементы 20 разъемами 22 в разные стороны и фиксируются шпильками-фиксаторами 26, затем каждая половина кассеты 18 устанавливается в цилиндрический паз 17 каждой полови- ны радиальной перегородки 2, фиксируются шпильками-фиксаторами 23. На одну из половинок перегородки 2 накладываются пластинки 13 с выходными проточками 14 и эта половина перегородки 2 с плоской пружи- ной 36 вставляется в паз 35 до упора, при этом наружный профиль 4 торцовой пластины 1 поджимается, давая возможность для прохождения радиальной перегородки 2, С другой стороны между установленной половиной радиальной перегородки 2 и пружиной 36 вставляется пластина перекрытия 12, затем уже описанным порядком собирается и устанавливается вторая половина радиальной перегородки 2. Овальные проточки 25, фиксируя уплотнитель-кассету 18 в осевом направлении, благодаря просвету выше фиксатора 23 дают возможность качания кассеты 18 вокруг оси в пределах 15-20°. Каждая половина радиальной перегородки 2 удерживается на месте и одновременно воспринимает подпружикивающее действие торцовых пластин 1 за счет и посредством торцовых радиальных выступов 29 и проточек 37 в нижней части радиальных перегородок 2, в которые входят ступенчатые выступы 8 торцовых пластин 1.

Радиальные перегородки 2 выполняют также функцию дозированной подачи масла на рабочие поверхности (ротор охлаждается маслом). Исходное состояние. Радиальная перегородка 2 находятся в крайнем нижнем

(вжатом) положении (фиг. 8,а). Через каналы 33 подвода из внутренней полости ротора масло поступает, заполняя полости паза 35

радиальной перегородки 2 между ступенчатыми выступами 15 перегородки 2 и ступенчатыми выступами 34 паза 35. Масло поступает под действием центробежных сил вращающегося ротора. При выходе в свободный объем камеры сгорания радиальные перегородки 2 поднимаются. При этом ступенчатые выступы 15 перекрывают каналы 33 подвода масла, одновременно проточки 14, поднимаясь над кромками (верхними) ступенчатых выступов 34 паза 35, открывают свободный выход масла из полости паза 35 под давлением, создаваемым поднимающимися выступами 15 радиальной перегородки 2, поджимаемой снизу пружиной .36 (эффект поршня). Масло, поступившее под

угловые выступы 16 перегородки 2, при вжатии последней в паз 35 выдавливается на рабочие поверхности ротора и статора угловыми выступами 16. В этой фазе начинается обратный процесс: вначале проточки 14,

опускаясь ниже верхней кромки ступенчатых выступов 34 паза 35, перекрывают выход масла наружу, затем открываются подводящие каналы 33, поскольку ступенчатые выступы 15 опускаются до упора. Для предотвращения выхода масла с торцовых сторон радиальные перегородки 2 могут быть оснащены пластинчатыми заглушками 41 (фиг. 11), прикрепленными к пластинам перекрытия 13 точечной сваркой либо дру- гим способом. При этом проточки 30 торцовых пластин 1 должны быть углублены на толщину заглушек 41.

Применение в старое равностороннего треугольного сечения радиальных перегородок, установленных в эллипсном роторе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, когда в каждой из трех вершин (камеры сгорания) радиальные перегородки, выходя в свободный объем камеры сгорания, выжимаются пружиной 36 в крайнее верхнее положение, а затем, скользя, приходят под значительным углом в плотный контакт с рабочей поверхностью статора и вновь вжимаются, появляется фактор ударного воздействия в поперечной плоскости. Применение в конструкции радиальной

перегородки качающейся кассеты 18, способствующей одновременному контактированию обоих игольчатых уплотнительных элементов 20 со статором, и возможность свободного вращения самих игольчатых уплотнительных элементов 20 приводит к новой более благоприятной ситуации,

позволяющей использовать радиальные перегородки в указанном режиме.

На основе изложенного недостатки аналогов и прототипов, определённые целью изобретения, в предлагаемом изобретении устранены.

Предложена конструкция, допускающая использование в роторах РПД любых фигурации, включая угловые, овально-угловые и овальные профили роторов.

Торцовые пластины, используя ступенчатые выступы полупрофилей и паза, улучшают общее торцевое уплотнение и обеспечивают жесткую фиксацию на упоре, имея в виду подпружинивание, пластине пазах в сборе.

Применение радиальных перегородок, использующих каналы подвода, выпукные проточки и ступенчатые выступы, регулирующие подачу масла на рабочие поверхности ротора и статора, обеспечивают необходимую смазку.

Необходимо отметить, что в рассмотренных аналогах подача масла на рабочие поверхности осуществляется в строго определенной точке, а именно в зоне (на фазе) всасывания воздушно-бензиновой смеси в рабочую камеру. Такая возможность имеется и в предлагаемой уплотнительной системе. В эллипсном роторе, работающем в сочетании со статором равностороннего треугольного сечения, имеются четыре сектора, расположенные последовательно, каждый из которых (в каждой вершине ротора) выполняет одну функцию, соответствующую определенному тахту рабочего цикла: всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп. Таким образом, мы имеет возможность разместить радиальную перегородку (либо перегородки) в наиболее рациональной точке рабочего цикла,.

Наконец, использование игольчатых уп- лотнительных элементов, способствующих решению проблемы поперечно-ударного разрушающего действия - свободное вращение игольчатых элементов, значительное поглощает ударное воздействие при воз- вратиф-поступательном перемещении ра- диальныхперегородок.

Конструктивное выполнение уплотни- те л внеси системы РПД, используя известные техн йчбекие признаки, имеет существен- йые особенности. Так торцовые пластины, состоящие из двух полупрофилей, имеют со- чяенение встречными ребрами, что содействует плотному соединению, размещению во внутренней полости поперечно-распорной пружины и определенной стабилизации взаимного перемещения полупрофилей в поперечной плоскости. Принцип использования встречно входящих ребер для создания уплотнения не нов, он применен, например, пат. Великобритании № 1017568. Однако уплотнение круглого вращающегося

фланца и полупрофилей пластин, стабильно установленных в пазы, используя один принцип-технически решены по-разному и имеют в конечном результате довольно различные функциональные цели и техниче0 ское выполнение, проявляющие новые признаки, исключающие идентификацию последних. Не менее оригинально техническое решение конструкции радиальных перегородок: ступенчатые выступы,

5 функционально обеспечивающие плунжи- рование, т.е. перекрытие каналов и подачу масла через проточки под угловые выступы, последние выжимают масло на рабочие поверхности. Каждая часть радиальной пере0 городки имеет свое, определенное функциональное назначение. В радиальной перегородке удалось собрать известные технические признаки в новом сочетании, присовокупив к этому неизвестное сочета5 ние функциональных признаков, отсутствующих в указанных выше патентах. Появилось и новое качество - игольчатые уплотнительные элементы в уплотнителе- кассете.

0 При всей внешней сложности формы полупрофилей торцовых элементов, радиальных перегородок, уплотнителя-кассеты и игольчатых уплотнителей выбраны с расчетом достижения максимальной технологич-.

5 ности изготовления каждой детали, что позволяет поставить их изготовление на ав- : томатизированные поточные линии. Формула изобретения 1. Роторно-поршневой двигатель, со0 держащий корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, торцовые крышки, профилированный ротор с радиальными пазами и канавками на боковых поверхностях, установленный в корпусе с образованием

5 рабочих камер, уплотнительную систему, выполненную в виде подпружиненных торцевых уплотнительных элементов, размещенных в канавках ротора, и радиальных перегородок, подвижно установленных в

0 пазах ротора с образованием с торцевыми элементами замкнутого уплотнительного контура, и систему смазки рабочих поверхностей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы

5 уплотнительной системы путем увеличения степени герметичности рабочих камер, торцевые элементы выполнены составными из двух элементов с продольным разъемом, каждый элемент в поперечном сечении име- ет форму прямоугольника со ступенчатым

выступом со стороны стенки канавки и ребрами с противоположной стороны, ребра ориентированы навстречу друг другу, элементы, расположены в канавке с чередованием ребер и образованием между поверхностями канавки ребрами внутренней полости, в которой размещена пружина, радиальные перегородки выполнены профилированными с расширенной нижней частью с выступами, конической верхней частью и прямоугольным участком между ними, в верхней части выполнен продольный цилиндрический паз с размещенным в нем усеченным цилиндрическим уплотнителем с продольными пазами на его поверхности и установленными в них игольчатыми

0

5

элементами, причем, перегородки, уплотнитель и игольчатые элементы имеют разъемы в разных плоскостях, а на боковых поверхностях торцевых элементов выполнены проточки, в которых размещены выступы нижней части перегородки.

2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и и- с я тем, что, с целью обеспечения дозированной смазки рабочих поверхностей, в роторе выполнены каналы подвода смазки, выходные сечения которых расположены на боковых .поверхностях радиального паза, перегородки установлены в пазах с зазором и возможностью возвратно-поступательного перемещения и попеременного перекрытия впускных каналов и зазоров.

Сущность изобретения: торцевые элементы выполнены составными из двух элементов с продольным разъемом. Каждый элемент в поперечном сечении имеет форму прямоугольника со ступенчатым выступом со стороны стенки канавки и ребрами с противоположной стороны. Ребра ориентированы навстречу друг другу. Элементы расположены в канавке с чередованием ребер и образованием между поверхностями канавки ребрами внутренней полости. В полости размещена пружина. Радиальные перегородки выполнены профилированными с расширенной нижней частью с выступами, конической верхней частью и прямоугольным участком между ними. В верхней части выполнен продольный цилиндрический паз, в к-ром размещен усечённый цилиндрический уплотнитель с продольными пазами на поверхности. В пазах установлены игольчатые элементы. Перегородки, уплотнитель и элементы имеют разъемы в разных плоскостях. На боковых поверхностях торцевых элементов выполнены проточки, в к-рых размещены выступы нижней части перегородки. 1 з.п.ф-лы, 11 ил. ел G

39 1 .40

7 12