Роторный двигатель кряжевских
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным паровым двигателям, пневмодвигателям и двигателям внутреннего сгорания. Роторный двигатель содержит статор с внутренней камерой, ротор, выполненный с одним выступом, который имеет возможность скользить хотя частью своей наружной поверхности по внутренней поверхности камеры статора, подвижную перегородку, поджатую к ротору со стороны статора с образованием в пределах цилиндрической камеры статора рабочей камеры, образованной выступом ротора, перегородкой и внутренней поверхностью камеры статора, впускной и выпускной каналы, выполненные с возможностью подвода и отвода рабочего тела из рабочей камеры. Ротор выполнен в виде диска. Выступ расположен на одной из торцевых сторон диска и выступает в осевом направлении. Перегородка поджата к ротору в осевом направлении к торцевой поверхности диска с выступом, сориентирована в радиальном направлении и расположена в гнезде, выполненном в торцевой стенке камеры статора, обращенной к торцевой поверхности диска с выступом. Впускной канал расположен внутри вала и снабжен подводящим каналом в месте расположения диска ротора. Подводящий канал имеет выходное отверстие в виде сопла, выполненного на выступе с возможностью создания реактивной силы для вращения ротора. Расширяется область применения роторного двигателя, упрощается его конструкция и технология изготовления, повышается надежность и долговечность. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным паровым двигателям, пневмодвигателям и двигателям внутреннего сгорания.
Известен паровой роторный двигатель, содержащий корпус с впускными и выпускными каналами, рабочую камеру, имеющую внутреннюю цилиндрическую рабочую поверхность и сообщающуюся с буферной камерой окнами с подпружиненными уплотнительными пластинами, ротор-поршень, размещенный в рабочей камере на валу (заявка RU 97117202, опубл. 27.06.1999). Внутри окон полые лопатки установлены со свободой перемещения так, что их открытый конец обращен к рабочей камере и снабжен подпружиненными уплотнительными пластинами, расположенными в обоймах рабочей камеры.
Также известна роторная машина многократного действия Грехова, содержащая соединенный с торцевыми крышками статор с пластинами, размещенными в гнездах торцевых крышек и в пазах статора, и соосно установленный на валу ротор, контактирующий своими выступами с внутренней поверхностью торцевых крышек и пластин и расположенными между ними впускными и выпускными окнами (патент RU 2037660, опубл. 19.06.1995).
Наиболее близким по технической сущности является роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий статор с внутренней камерой, выполненной в виде тела вращения и ограниченной в осевом направлении торцевыми стенками; ротор, установленный на валу и расположенный внутри камеры статора соосно ей и выполненный, по крайней мере, с одним выступом, который имеет возможность скользить хотя бы частью своей наружной поверхности по внутренней поверхности камеры статора; подвижные перегородки, поджатые к ротору со стороны статора с образованием в пределах цилиндрической камеры статора по крайней мере одной рабочей камеры, образованной выступом ротора, перегородкой и внутренней поверхностью камеры статора; впускной и выпускной каналы, выполненные с возможностью подвода и отвода рабочего тела из рабочей камеры (патент RU 2253029, опубл. 27.05.2005). На торцевой стороне статора выполнены канавки, имеющие возможность взаимодействовать с отверстием предкамеры, торцом ротора и основной камеры.
Общим недостатком известных роторных двигателей является узкая сфера их использования из-за невозможности приспособления рабочей характеристики известных роторных двигателей к различным режимам работы.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение рабочей характеристики роторного двигателя при различных режимах работы за счет использования как энергии объемного вытеснения рабочего тела, так и реактивной силы, возникающей при истечении рабочего тела внутрь рабочей камеры.
Предлагается роторный двигатель, содержащий статор с внутренней камерой, выполненной в виде тела вращения и ограниченной в осевом направлении торцевыми стенками, ротор, установленный на валу и расположенный внутри камеры статора соосно ей и выполненный, по крайней мере, с одним выступом, который имеет возможность скользить хотя бы частью своей наружной поверхности по внутренней поверхности камеры статора, подвижную перегородку, поджатую к ротору со стороны статора с образованием в пределах цилиндрической камеры статора рабочей камеры, образованной выступом ротора, перегородкой и внутренней поверхностью камеры статора, впускной и выпускной каналы, выполненные с возможностью подвода и отвода рабочего тела из рабочей камеры, при этом ротор выполнен в виде диска, причем выступ расположен по крайней мере на одной из торцевых сторон диска и выступает в осевом направлении, а подвижная перегородка поджата к ротору в осевом направлении к торцевой поверхности диска с выступом, сориентирована в радиальном направлении и расположена в гнезде, выполненном в торцевой стенке камеры статора, обращенной к торцевой поверхности диска с выступом. Новым является то, что впускной канал расположен внутри вала и снабжен подводящим каналом в месте расположения диска ротора, при этом подводящий канал имеет выходное отверстие в виде сопла, выполненного на выступе с возможностью создания реактивной силы для вращения ротора.
На торцевой стороне диска может располагаться два или более выступов. При этом впускной канал может быть снабжен несколькими подводящими каналами, а также содержать две или более подвижные перегородки.
Выступ может иметь гребнеобразную форму. При этом гребень выступа лучше ориентировать в радиальном направлении; лучше, когда угол подъема гребнеобразного выступа составляет от 10° до 30°, а угол спуска гребнеобразного выступа составляет от 90° до 70°; гребень выступа может быть закруглен; лучше, когда передний угол поджимаемой кромки перегородки равен углу подъема гребнеобразного выступа, а задний угол поджимаемой кромки перегородки равен углу спуска гребнеобразного выступа.
Перегородка может быть поджата к ротору пружиной, расположенной в гнезде.
Можно выполнять два или более выпускных канала.
Входное отверстие выпускного канала расположено на диске ротора, а его выходное отверстие может замыкаться на внутреннюю полость вала.
Изобретение поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан разрез роторного двигателя, на фиг.2 показан план двигателя на уровне роторного диска, на фиг.3 показан план двигателя на уровне гребнеобразных выступов, на фиг.4 показан план двигателя на уровне выступающих гнезд перегородок.
Изобретение поясняется на примере конкретного выполнения.
Осевой роторный двигатель включает в себя статор 1, внутренняя поверхность которого выполнена в виде плоского кругового цилиндра, имеющего с одной стороны глухую торцевую стенку, а с другой стороны - герметично прикрепленную к цилиндру при помощи болтов 2 съемную торцевую крышку 3. Внутри статора 1 размещен ротор 4, выполненный в виде диска, жестко закрепленного на вале 5, установленного в статоре 1 на подшипниках 6. На торцевой стороне дискообразного ротора 4 противоположно друг другу расположены два гребнеобразных выступа 7 с радиально расположенными гребнями. Выступы 7 имеют возможность скользить по глухой торцевой стенке статора 1, образуя с ним подвижные герметичные соединения. Радиально к гребням выступов 7 и под прямым углом к друг другу герметично установлены четыре подвижные перегородки 8, которые постоянно поджаты к выступам 7 и нижележащим поверхностям диска ротора 4 с помощью пружин 9 и образуют с ними герметичные соединения. Боковая поверхность статора 1 и кромка вращающегося диска ротора 4 также образуют подвижное герметичное соединение. Гребнеобразные выступы 7 ротора 4 и подвижные перегородки 8 отсекают переменные объемы рабочих камер 10. Приводной вал 5 выполнен полым внутри, его пересекает диск ротора 4, который жестко крепится к валу 5 посредством стенок круговой камеры 11. Впускной канал 12 проходит во внутренней полости вала 5 до диска ротора 4 и в круговой камере 11 разделяется на два подводящих канала 13, которые соединяются с двумя предкамерами 14, расположенными внутри гребнеобразных выступов 7 ротора 4 и сообщающимися через щелевые сопла 15 с рабочими камерами 10. Подвижные перегородки 8 радиально расположены в четырех гнездах 16, выступающих на наружную сторону глухой торцевой стенки статора 1. Угол подъема каждого гребнеобразного выступа 7 составляет 12°, а угол спуска каждого гребнеобразного выступа 7 составляет 78°. Для плавного перемещения подвижных перегородок 8 гребень выступов 7 выполняется закругленным. На глухом торце статора 1 расположено четыре гнезда 16 под подвижные перегородки 8. Передний угол прижимаемой кромки перегородки 8 соответствует углу подъема гребнеобразного выступа 7, а задний угол прижимаемой кромки перегородки 8 равен углу спуска гребнеобразного выступа 7. Из рабочих камер 10 выходят выпускные каналы 17, отверстия которых располагаются на диске ротора 4. Выпускные каналы 17 замыкаются на внутреннюю полость вала 5.
Предлагаемый роторный двигатель работает следующим образом. Рабочее тело в виде газа или пара проходит по впускному каналу 12, расположенному во внутренней полости вала 5 и, дойдя до диска ротора 4, по двум подводящим каналам попадает в предкамеры 13 ротора 4, расположенные внутри гребнеобразных выступов 7, где происходит его расширение и напорное извержение через щелевые сопла 15 в рабочие камеры 10, в результате чего возникают реактивные силы, направленные против часовой стрелки и вращающие ротор 4 по часовой стрелке. При небольшой нагрузке на валу 5 реактивные силы с высокой скоростью вращают диск ротора 4 с расположенными на его торцевой стороне гребнеобразными выступами 7, при этом подвижные перегородки 8, поднимаясь и опускаясь по выступам 7, не успевают перекрывать объемные пространства рабочих камер 10, и режим работы рабочего тела будет реактивно-объемным. При увеличении нагрузки на валу 5 скорость вращения ротора 4 снижается, и этом случае подвижные перегородки 8 успевают перекрывать рабочие камеры 10 и полностью замыкают их объемы, и режим работы рабочего тела перейдет от реактивно-объемного к объемному расширению внутри замкнутых объемов рабочих камер 10. Исполнение роторного двигателя может быть как одноцилиндровым, так и многоцилиндровым, с вращением вала как по часовой, так и против часовой стрелки.
1. Роторный двигатель, содержащий статор с внутренней камерой, выполненной в виде тела вращения и ограниченной в осевом направлении торцевыми стенками, ротор, установленный на валу и расположенный внутри камеры статора соосно ей и выполненный, по крайней мере, с одним выступом, который имеет возможность скользить хотя бы частью своей наружной поверхности по внутренней поверхности камеры статора, подвижную перегородку, поджатую к ротору со стороны статора с образованием в пределах цилиндрической камеры статора рабочей камеры, образованной выступом ротора, перегородкой и внутренней поверхностью камеры статора, впускной и выпускной каналы, выполненные с возможностью подвода и отвода рабочего тела из рабочей камеры, при этом ротор выполнен в виде диска, причем выступ расположен, по крайней мере, на одной из торцевых сторон диска и выступает в осевом направлении, а подвижная перегородка поджата к ротору в осевом направлении к торцевой поверхности диска с выступом, сориентирована в радиальном направлении и расположена в гнезде, выполненном в торцевой стенке камеры статора, обращенной к торцевой поверхности диска с выступом, отличающийся тем, что впускной канал расположен внутри вала и снабжен подводящим каналом в месте расположения диска ротора, при этом подводящий канал имеет выходное отверстие в виде сопла, выполненного на выступе с возможностью создания реактивной силы для вращения ротора.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на торцевой стороне диска расположено два и более выступов.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что впускной канал снабжен несколькими подводящими каналами.
4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит две или более подвижные перегородки.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выступ имеет гребнеобразную форму.
6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что гребень выступа сориентирован в радиальном направлении.
7. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что угол подъема гребнеобразного выступа составляет от 10 до 30°.
8. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что угол спуска гребнеобразного выступа составляет от 90 до 70°.
9. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что гребень выступа закруглен.
10. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что передний угол поджимаемой кромки перегородки равен углу подъема гребнеобразного выступа.
11. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что задний угол поджимаемой кромки перегородки равен углу спуска гребнеобразного выступа.
12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что перегородка поджата к ротору при помощи пружины, расположенной в гнезде.
13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеется два или более выпускных канала.
14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что входное отверстие выпускного канала расположено на диске ротора.
15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие выпускного канала замыкается на внутреннюю полость вала.
