Роторно-поршневая машина

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-поршневым двигателям внешнего или внутреннего сгорания, компрессорам, гидромоторам и насосам, применимым в стационарных установках и на транспортных средствах. Роторно-поршневая машина содержит ротор в виде полого профилированного корпуса с зубчатым венцом на его внутренней поверхности для передачи крутящего момента на шестерни двух рабочих валов. Длина отрезка между точками пересечения прямой, проходящей через центры валов с огибающей профиля ротора, неизменна при его повороте. Внутренняя поверхность ротора имеет профиль, соответствующий его наружной огибающей. Корпус ротора выполнен тонкостенным из легковесного материала и усилен внутренним оребрением в виде нескольких опорных ободов-дисков с возможностью их свободного качения по канавкам колес-роликов, установленных на рабочих валах параллельно шестерням. Изобретение позволяет увеличить механический КПД машины за счет уменьшения трения ротора о корпус и шестерни валов, что повышает удельную производительность за счет повышенных оборотов ротора и долговечность вышеобозначенных роторных машин объемного типа. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область применения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-поршневым двигателям внешнего или внутреннего сгорания, компрессорам, гидромоторам и насосам, применимым в стационарных установках и на транспортных средствах.

Предшествующий уровень техники

Известна роторно-поршневая машина по патенту РФ №2319848, кл. F02G 1/00, опубл. 20.03.2006, в которой полый профилированный ротор постоянного диаметра (постоянной высоты) с внутренним зубчатым венцом и канавками для колес-роликов, связан посредством зубчатой передачи с шестернями двух рабочих валов и движется внутри корпуса, имеющего торцевые стенки, компрессионные пластины, газораспределительные каналы и др.

Профиль ротора имеет постоянный диаметр, т.е. длина набольшей хорды является неизменной при любом его положении, т.е. постоянной как у окружности. Простейший пример такого профиля ротора получается, когда внешняя и внутренняя огибающие ротора имеют профиль, который образован из трех пар противолежащих друг другу больших и малых сегментов (по 60°) окружностей с центрами в вершинах равностороннего треугольника, изображенного пунктирными прямыми на фиг. 1. Имеются также и другие формы профилей роторов постоянного диаметра с более плавными изменениями центров вращения ротора, например, эвольвентные трехгранные, пятигранные и др.

Недостатком известной машины является то, что при высоких оборотах ротора с постоянным изменением его центра вращения возникают значительные динамические нагрузки на ротор и рабочие валы, приводящие к их деформации и выходу из строя.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой изобретения является устранение отмеченного недостатка. Техническим результатом является возможность увеличения числа оборотов рабочих валов машины путем уменьшения массы ротора за счет его изготовления тонкостенным из легковесных металлических сплавов или пластиков и усиления конструкции ротора с помощью внутреннего оребрения в виде нескольких ободов-дисков постоянного диаметра, удерживающих ротор на колесах-роликах, установленных на рабочих валах параллельно шестерням и обеспечивающими его свободное движение (вращение) в корпусе устройства, как на подшипниках качения.

Проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что в роторно-поршневой машине, содержащей ротор в виде полого профилированного корпуса с зубчатым венцом на его внутренней поверхности для передачи крутящего момента на шестерни двух рабочих валов, причем длина отрезка между точками пересечения прямой, проходящей через центры валов с огибающей профиля ротора, неизменна при его повороте, а внутренняя поверхность ротора имеет профиль, соответствующий его наружной огибающей, корпус ротора выполнен тонкостенным из легковесного материала и усилен внутренним оребрением в виде нескольких опорных ободов-дисков с возможностью их свободного качения по канавкам колес-роликов, установленных на рабочих валах параллельно шестерням. Обода-диски могут иметь такой профиль, что длина отрезка между точками пересечения прямой, проходящей через центры валов с внешней огибающей профиля ободов-дисков, неизменна при их повороте, а внутренняя огибающая ободов-дисков имеет профиль, соответствующий их наружной огибающей. В предлагаемой машине тонкостенный ротор имеет наименьшую массу и движется не по канавкам ротора, а катится как на шарикоподшипниках на опорных ободах-дисках по колесам-роликам, которые установлены параллельно шестерням рабочих валов, что обеспечивает меньшие динамические нагрузки из-за значительного снижения массы ротора путем исключения из его конструкции внутренних канавок.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан профиль образующих ротора и ободов-дисков.

На фиг. 2 - поперечный разрез тонкостенного ротора.

На фиг. 3 - продольный разрез тонкостенного ротора.

На фиг. 4 - продольный разрез устройства двигателя.

На фиг. 5 - поперечный разрез устройства двигателя.

На фиг. 6-9 - диаграммы положения ротора в динамике.

Лучший вариант осуществления изобретения

Тонкостенный полый ротор 6, корпус которого изготовлен, например, сваркой листа металла, пластика или формовкой тонкостенной трубы, соответствующей длины, и усилен несколькими дисками-ободами 8 постоянного диаметра, движется на двух рабочих валах 10 корпуса 1 двигателя, в пазах которого установлены две компрессионные пластины 2 с возможностью их замены без демонтажа торцевых стенок 4. (фиг. 4 и 5). В корпусе двигателя 1 с каналами 3 впуска и выпуска рабочей среды на колесах-роликах 5 движется ротор 6, имеющий зубчатый венец 7 и обода-диски 8, установленные на внутренней поверхности корпуса ротора 6. Зубчатый венец 7 ротора имеет зацепление с двумя шестернями 9, установленными на валах 10 с маховиками 11. При изменении положения ротора внутри корпуса двигателя изменяются объемы правой полости 12 и левой полости 13.

Рассмотрим пример использования изобретения в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатого воздуха.

Пусть ротор 6 находится в крайнем правом положении (фиг. 6), впускной клапан правой полости 12 открыт, выпускной - закрыт; впускной клапан левой полости 13 закрыт, выпускной - открыт (механизм управления клапанами на фигурах не показан). Вращаясь по часовой стрелке, валы с маховиками перемещают ротор 6 влево (фиг. 7) и тем самым осуществляется всасывание воздуха в правую полость 12 и выпуск газов из левой полости 13 двигателя. Когда ротор 6 достигает крайнего левого положения (фиг. 8), впускной клапан правой полости 12 закрывается, выпускной клапан остается закрытым, а в левой полости 13 открывается впускной клапан и закрывается выпускной. Далее в процессе движения ротора 6 вправо за счет инерции вращения маховиков в правой полости 12 происходит сжатие воздуха до температуры, достаточной для воспламенения топлива (солярки или сжиженного газа), а в левой 13 - такт впуска очередной порции воздуха (фиг. 9). После этого в крайнем правом положении ротора 6 (фиг. 6) в левой полости 13 закрывается впускной клапан, а в правую полость 12 производится впрыск топлива через соответствующие форсунки (на фигурах не показаны). Далее в правой полости 12 происходит такт рабочего хода с передачей энергии на оба вала за счет сгорания топлива и расширения образующихся газов, а в левой 13 - такт сжатия воздуха (фиг. 7). Когда ротор 6 достигает крайнего левого положения (фиг. 8), в левую полость 13 производится впрыск топлива, а в правой 12 открывается выпускной клапан. Далее в левой полости 13 происходит рабочий такт с возможностью отбора мощности на обоих валах, а в правой 12 - выпуск отработавших газов (фиг. 9). В крайнем правом положении ротора 6 описанный цикл с двумя рабочими тактами повторяется (фиг. 6). Для обеспечения плавности и непрерывности процессов в левой 13 и правой 12 полостях двигателя и плавности движения ротора 6 оба маховика на валах должны иметь соответствующую массу.

Кроме описанного выше применения тонкостенных роторов возможна реализация многороторных конструкций на общих валах для обеспечения постоянства величины крутящего момента.

Промышленная применимость

Таким образом, предлагаемая роторно-поршневая машина позволяет уменьшить массу вращающихся деталей и узлов, уменьшить динамические нагрузки на рабочие валы и шестерни механизма, а также увеличить механический КПД за счет уменьшения трения и повысить долговечность роторных двигателей внешнего и внутреннего сгорания, насосов, компрессоров и гидромоторов.

1. Роторно-поршневая машина, содержащая ротор в виде полого профилированного корпуса с зубчатым венцом на его внутренней поверхности для передачи крутящего момента на шестерни двух рабочих валов, причем длина отрезка между точками пересечения прямой, проходящей через центры валов с огибающей профиля ротора, неизменна при его повороте, а внутренняя поверхность ротора имеет профиль, соответствующий его наружной огибающей, отличающаяся тем, что корпус ротора выполнен тонкостенным из легковесного материала и усилен внутренним оребрением в виде нескольких опорных ободов-дисков с возможностью их свободного качения по канавкам колес-роликов, установленных на рабочих валах параллельно шестерням.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что обода-диски имеют такой профиль, что длина отрезка между точками пересечения прямой, проходящей через центры валов с внешней огибающей профиля ободов-дисков, неизменна при их повороте, а внутренняя огибающая ободов-дисков имеет профиль, соответствующий их наружной огибающей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным устройствам, и может быть использовано для перемещения жидкостей. Двухроторный насос состоит из двух половин, каждая из которых включает внутренний цилиндр корпуса 1, 11, внешний цилиндр ротора 2, 12 с шиберной прегородкой 5, 15, выпускное отверстие 3, 13, впускное отверстие 4, 14, камеру всасывания 6, 16, камеру выпуска 7, 17, эксцентриковую втулку 9, 19 на валу 10, подшипник 8, 18, роликовое уплотнение 22, 23.

Изобретение относится к гидропневмонасосам и моторам и может быть использовано в машиностроении. Пластинчатая роторная объемная машина содержит одну пластину 5 в сквозном пазу 4 ротора 3, размещенного эксцентрично в некруглой полости корпуса 1.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции секционных шестеренных насосов. Секционный насос содержит две и более секции, разделенные между собой промежуточной пластиной, ведомые шестерни, свободно установленные на общем для секций насоса ведомом валике, ведущие шестерни, установленные на общем для секций насоса ведущем валике с возможностью перемещения вдоль его оси и соединенные с ним, подшипники скольжения, являющиеся опорами валиков, стопорные кольца, установленные в канавках ведущего валика и расположенные с противоположных сторон одной из ведущих шестерен.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, насосам, гидромоторам и двигателям. Роторно-лопастная машина содержит неподвижный корпус 1 с осью 2, на которой вращается ротор 3, соединенной с эксцентрично расположенной дополнительной осью 4, вокруг которой подвижно расположены лопасти 5 с образованием изменяющегося межлопастного пространства.

Изобретение относится к насосному оборудованию и может быть использовано в качестве нагнетающего насоса прямого и реверсивного действия. Регулируемый кольцевой насос содержит корпус, внутри которого установлен ротор в виде вала с торцевыми дисками с радиальными пазами, в которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены оси размещенных между дисками роликов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к многоступенчатым объемным роликовым насосам, которые могут использоваться для подъема жидкости из нефтяных скважин.

Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, а именно к насосам, гидромоторам и двигателям. Роторная машина по первому варианту содержит неподвижный корпус 1 с рабочей камерой, ротор 3 с выступом 8, установленный на оси 4 и имеющий лопасти 5 с выступами 7, установленные на дополнительной оси 6, расположенной эксцентрично относительно оси 4 ротора 3.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, насосам, гидромоторам и двигателям. Роторно-лопастная машина содержит неподвижный корпус 1 с осью 4, соединенной с эксцентрично расположенной второй осью 6, канал подачи 10 и канал отвода 11 рабочей среды.

Изобретение относится к водокольцевым вакуумным насосам и системам управления водокольцевыми вакуум-насосными агрегатами, используемыми при механизированной дойке крупного рогатого скота.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для плавного пуска и останова привода насоса. В регуляторе плавного пуска, содержащем последовательную цепь из симистора и нагрузки, подключенную к выводам, формирователь сигнала плавного запуска и останова, состоящего из RC-цепочки, компаратора с усилителем, источника напряжения с формой однополярных импульсов, сформированных из сетевого напряжения синусоидальной формы выпрямительным мостом, и гальваническую развязку на оптосимисторе, согласно изобретению RC-цепочку выполняют с постоянной времени 3,2 с, а сигнал от сетевого напряжения формируют с задержкой включения на 7,2 мс от двухполупериодного выпрямителя обратной полярности с каждого последующего участка характеристики напряжения, совпадающего по абсолютной величине с напряжением заряда и разряда RC-цепочки.

Группа изобретений относится к машиностроению, в частности к роторно-лопастным двигателям. Двигатель содержит корпус 1, во внутренней полости которого установлен ротор 4, вращающийся на центральной оси 2, соединенной с эксцентричной осью 3, на которой расположены с подвижной фиксацией лопасти 5, имеющие зону приложения 7 для упорного подшипника 6, расположенного на роторе 4, рабочие камеры с каналом подачи 9, образованные между двумя лопастями 5.

Изобретение относится к гидропневмонасосам и моторам и может быть использовано в машиностроении. Пластинчатая роторная объемная машина содержит одну пластину 5 в сквозном пазу 4 ротора 3, размещенного эксцентрично в некруглой полости корпуса 1.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания. В роторной секции двигателя c силовой цевочной муфтой основными силовыми звеньями являются три ее параллельных плоских диска треугольного профиля.

Изобретение относится к машиностроению. Двигатель внутреннего сгорания состоит, по меньшей мере, из одной роторной секции.

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым энергетическим установкам для надводных и подводных плавсредств. Роторная энергетическая судовая установка состоит из главного и вспомогательного двигателей.

Группа изобретений относится к области машиностроения, энергетики и транспорта и может быть использована в качестве привода, движителя или детандера. По первому варианту двухосевая машина содержит внешний и внутренний контуры 1 и 2 тел вращения и не менее чем один запорный элемент 3.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам, насосам, гидромоторам и двигателям. Роторно-лопастная машина содержит неподвижный корпус 1 с осью 2, на которой вращается ротор 3, соединенной с эксцентрично расположенной дополнительной осью 4, вокруг которой подвижно расположены лопасти 5 с образованием изменяющегося межлопастного пространства.

Группа изобретений относится к роторно-лопастному двигателю. Двигатель имеет две пары лопастей на двух полых валах, делящих камеру на четыре рабочих камеры переменного объема, каналы и окна газообмена, механизм связи лопастей, выполненный неподвижным соединением водил двух планетарных кривошипно-шатунных механизмов, установленных с торцов камеры, предкамеру, вынесенную за пределы камеры, форсунку, установленную в предкамере, канал, соединяющий предкамеру с рабочей камерой и разделенный перегородкой на участок впуска и выпуска.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании двигателей роторного типа. Роторно-пластинчатый двигатель содержит статор 1, внутренняя поверхность которого в сечении, перпендикулярном оси 3 вращения ротора 4, выполнена в виде замкнутой кривой, стенки которого параллельны оси вращения ротора 4.

Изобретение направлено на создание простой и эффективной конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания. Указанный технический результат достигается тем, что тороидальный рабочий цилиндр разделяется на рабочие камеры парами элементов, каждая из которых состоит из лопасти (поршня) и шлюзовой камеры, а механизм движения шлюзовой камеры обеспечивает возможность беспрепятственного управляемого перемещения лопасти (поршня) и газовой смеси вдоль по цилиндру с сохранением сжатия и состава сжатой газовой смеси.

Группа изобретений относится к двигателю с качающимся многоугольным поршнем. Двигатель имеет корпус (13) в форме правильного двенадцатиугольника. В нем поршень той же формы совершает круговые колебательные движения вокруг оси главного вала. Три синхронно вращающихся коленчатых вала (23) параллельно направляют движение поршня вокруг центра вращения. Благодаря такому колебательному движению поршень последовательно вызывает в каждой из шести камер сгорания (1-6) четыре такта двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием или дизельного двигателя. Три коленчатых вала (23) благодаря жестко закрепленным шестерням находятся в постоянном зацеплении с солнечной шестерней, которая жестко установлена на главном валу и приводит его в движение. В двигателе имеется чашеобразная компенсационная масса, которая окружает приводную часть двигателя и приводится в движение тремя эксцентриковыми дисками. Группа изобретений направлена на обеспечение статического и динамического равновесия двигателя, упрощение производства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-поршневым двигателям внешнего или внутреннего сгорания, компрессорам, гидромоторам и насосам, применимым в стационарных установках и на транспортных средствах. Роторно-поршневая машина содержит ротор в виде полого профилированного корпуса с зубчатым венцом на его внутренней поверхности для передачи крутящего момента на шестерни двух рабочих валов. Длина отрезка между точками пересечения прямой, проходящей через центры валов с огибающей профиля ротора, неизменна при его повороте. Внутренняя поверхность ротора имеет профиль, соответствующий его наружной огибающей. Корпус ротора выполнен тонкостенным из легковесного материала и усилен внутренним оребрением в виде нескольких опорных ободов-дисков с возможностью их свободного качения по канавкам колес-роликов, установленных на рабочих валах параллельно шестерням. Изобретение позволяет увеличить механический КПД машины за счет уменьшения трения ротора о корпус и шестерни валов, что повышает удельную производительность за счет повышенных оборотов ротора и долговечность вышеобозначенных роторных машин объемного типа. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх