роторная машина

Формула изобретения

Роторная машина, содержащая полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса ротор, лопатки, кинематически связанные с установленным в корпусе внутри коленчатым валом, отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде диска, во взаимно перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, оси вращения которых расположены на образующей конхоиды, а ось вращения ротора расположена в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, при этом каждая пара лопаток снабжена уплотнительными пластинами и ленточными пружинами, установленными на концах лопаток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к объемным роторно-поршневым машинам и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора или насоса.

Известен роторный двигатель, содержащий корпус с цилиндрической расточкой, соосно установленное в нем в опорах вращения цилиндрическое статорное кольцо и эксцентрично установленный ротор с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них разделительными пластинами, имеющими возможность радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер (см. описание изобретения к патенту № 2099556 Российской Федерации, МПК F01C 1/39, опубл. 20.12.97).

Низкая надежность работы указанного двигателя обусловлена

- резким повышением давления в момент вспышки рабочей смеси в такте «рабочий ход», приводящим к заклиниванию лопаток;

- недостаточным уплотнением между плоскими поверхностями наружного кольца и плоскими поверхностями концов лопаток, приводящим к прорыву газов;

- большой динамической неуровновешанностью работы двигателя за счет выступающих концов лопаток от центра вращения при их большой массе.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является роторная машина, содержащая полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса полый ротор с диаметрально расположенными сквозными пазами и размещенные в них лопатки, коленчатый вал силового механизма, снабженный дополнительными коленчатыми валами, установленными с возможностью вращения, кривошипы которых параллельны, направлены в одну сторону и связаны кинематически с отверстиями в лопатке, при этом коленчатые валы установлены соосно с полостью корпуса внутренним барабаном с торцевыми стенками, в которых выполнены отверстия, расположенные попарно-симметрично относительно оси барабана, дополнительно содержит синхронизирующий механизм, включающий зубчатые колеса, установленные на опорных шейках коленчатых валов и кинематически связанные с центральным зубчатым колесом, неподвижно установленным на корпусе (см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1518550 А1, МПК F01C 1/00, F02B 53/00, опубл. 30.10.1989 г.). Недостатками известной роторной машины являются:

- низкая надежность работы, обусловленная наличием пульсирующих динамических нагрузок при высоких оборотах, приводящих к износу шестерен синхронизирующего механизма;

- сложная конструкция, обусловленная наличием дополнительных коленчатых валов и барабана, в котором расположены эти коленчатые валы, на шейках которых установлены лопатки, а также наличием синхронизирующего механизма, установленного на внутреннем барабане с торцевыми стенками.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции, улучшение эксплутационных характеристик и повышение надежности работы.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторной машине, содержащей полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса ротор, лопатки, кинематически связанные с установленным в корпусе внутри коленчатым валом, ротор выполнен в виде диска, во взаимно перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, оси вращения которых расположены на образующей конхоиды, а ось вращения ротора расположена в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, при этом каждая пара лопаток снабжена уплотнительными пластинами и ленточными пружинами, установленными на концах лопаток.

Выполнение ротора в виде диска, во взаимно-перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, исключает установку дополнительных коленчатых валов и синхронизирующего механизма, обеспечивая тем самым упрощение конструкции и повышение надежности работы роторной машины.

Расположение осей вращения мотылевых шеек на образующей конхоиды обеспечивает вращение и продольное перемещение лопаток вдоль направляющих ротора, в результате чего концы лопаток перемещаются по конхоиде, что обеспечивает термодинамические такты сжатия и расширения, упрощает конструкцию и повышает надежность в работе.

При расположении оси вращения ротора в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, происходит совпадение ее с центром окружности ротора, что обеспечивает динамическую уравновешенность работы роторной машины, выполняя при этом роль маховика, сглаживающего неравномерность крутящего момента роторной машины.

Снабжение каждой лопатки уплотнительной пластиной и ленточной пружиной, установленных на концах лопаток, обеспечивает контактное уплотнение между лопатками и рабочей поверхностью корпуса, снижает утечку газов через зазоры, повышая тем самым надежность работы машины.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана роторная машина, поперечный разрез по А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема движения лопаток.

Роторная машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, выполненный из полой части 1, образующая которого выполнена по конхоиде, близкой по форме к окружности, и двух боковых частей 2, 3, соединенных между собой болтовыми соединениями 4, расположенными по окружности корпуса. Внутри полой части 1 корпуса эксцентрично установлен ротор 5, выполненный в виде диска и имеющий диаметрально расположенные пазы 6, 7, в которых размещены лопатки 8, 9, установленные во взаимно перпендикулярных направляющих 10, 11 на мотылевых шейках 12, 13 коленчатого вала 14, имеющего опорные шейки 15, 16. Ротор 5 закреплен на промежуточных втулках 17, 18 с каждой стороны восемью силовыми и центрирующими болтами 19. Втулки 17, 18 установлены на подшипниках 20, 21 скольжения в боковых частях 2, 3. Коленчатый вал 14 опорными шейками 15, 16 установлен в подшипниках скольжения 22, 23, смонтированных в крышках 24, 25, которые посредством болтов 26 крепятся к боковым частям 2, 3. Каждая пара лопаток 8, 9 снабжена уплотнительными пластинами 27 и ленточными пружинами 28, установленными на концах лопаток. Лопатки снабжены торцевыми уплотнениями, выполненными в виде боковых пластин 29 и пружин 30, а каждая внутренняя поверхность боковых частей 2 и 3 корпуса - уплотнениями, выполненными в виде колец с ленточными гофрированными пружинами (на чертежах не показаны).

В коленчатом валу 14 выполнены отверстия 32, посредством которых производится смазка трущихся поверхностей.

В полой части 1 и боковых частях 2, 3 корпуса выполнены отверстия 33 для ввода охлаждающей жидкости и отверстия 34 для выхода охлаждающей жидкости, которые используются для охлаждения роторной машины при ее работе.

В канавках ротора 5 располагаются уплотнительные пластины 35, поджимаемые гофрированными ленточными пружинами (на чертежах не показаны), а в канавках боковых частей - уплотнительные кольца 36 с ленточными гофрированными пружинами (на чертежах не показаны).

Роторная машина работает следующим образом.

Через впускные продувочные окна 37 под действием избыточного давления от вентилятора (не показан) продувочный воздух очищает от отработавших газов и заполняет рабочий объем внутренней полости. Далее воздух сжимается. В момент его сжатия через форсунку 38 впрыскивается топливо с опережением до максимального сжатия рабочей смеси от свечи зажигания 39, смесь воспламеняется и происходит такт расширения (рабочий ход), при котором давление рабочих газов, действуя на выступающие из ротора части лопаток 8, 9, создает крутящий момент, который передается на ротор 5 и заставляет его вращаться, при этом лопатки имеют сложное движение: середина лопаток перемещается по образующей окружности радиусом с центром O₁ и одновременно центры лопаток поворачивают мотылевые шейки 12, 13 коленчатого вала 14, которые, воздействуя на лопатки 8, 9, перемещают их вдоль оси с центром, совпадающим с центром О вращения ротора, расположенного в точке «Полюс» образующей окружности конхоиды, а концы лопаток перемещаются по конхоиде, копируя образующую внутренней поверхности полой части 1 корпуса (см. фиг.3). За один оборот выходного вала происходит четыре рабочих хода. Процессы сжатия и расширения сопровождаются при увеличении давления газов уменьшением рабочей высоты лопаток 8, 9, а при уменьшении давления - увеличением их высоты, поэтому нет резких изменений усилий, а вращающийся ротор 5 выполняет роль маховика, сглаживающего неравномерность крутящего момента двигателя. После открывания лопатками 8, 9 выпускных окон 40 отработавшие газы удаляются. Позиция 41 показывает поверхность соприкосновения уплотнительных колец 36 с ротором 5. Слив отработанного масла производится посредством отверстий 42.

Применение заявляемого изобретения позволит упростить конструкцию, снизить удельный вес (отношение веса к мощности в лошадиных силах), повысить надежность работы за счет хорошей динамической уравновешенности, уменьшить удельный расход топлива за счет улучшения полноты сгорания, чему способствует отсутствие остаточных газов в камере сгорания, а также за счет того, что степень расширения газов значительно выше степени сжатия, меньших механических потерь на трение и утечки газа через уплотнения при больших оборотах, уменьшить количество токсичных веществ, таких как окись углерода и окись азота, увеличить ресурс работы за счет дополнительного охлаждения концов лопаток в дополнение к охлаждению топливовоздушной смесью, продувочным воздухом.