Роторно-лопастное устройство

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-лопастным машинам, и может использоваться в турбинах, двигателях внутреннего и внешнего сгорания, пневмодвигателях, компрессорах, насосах, детандерах. Техническим результатом является повышение КПД. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит корпус с торцевыми крышками и несоосно размещенный в нем ротор с лопастями, разделяющий корпус на внешние камеры. Каждая лопасть соединена с ротором через ось и снабжена на конце узлом качения-уплотнения, состоящим из трех роликов, расположенных на одной оси. При этом лопасть опирается боковыми роликами узла качения-уплотнения на внутренние края пазов без соприкосновения с их внешними краями, и средним роликом опирается на внутреннюю поверхность корпуса. Оси вращения лопастей размещены в средней части лопастей и делят их на два плеча. На первом плече лопастей установлен узел качения-уплотнения, а второе плечо образует с радиальными и цилиндрическими поверхностями ротора внутренние камеры, снабженные дополнительными впускными и выпускными клапанами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-лопастным устройствам и может использоваться в турбинах, двигателях внутреннего и внешнего сгорания, пневмодвигателях, компрессорах, насосах, детандерах.

Предшествующий уровень техники

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому техническому результату, выбранным в качестве прототипа к заявляемому устройству, является роторно-лопастное устройство (патент на изобретение RU 2538148 С2, опубл. 10.01.2015 г., МПК F01С 1/44, F04C 2/44).

Недостатками прототипа являются пониженный КПД устройства из-за малого угла поворота ротора, на котором рабочее тело совершает полезную работу и наличия паразитных сил.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленного изобретения является повышение КПД устройства, за счет увеличения угла поворота ротора на котором рабочее тело совершает полезную работу и уменьшения паразитных сил.

Поставленная задача достигается тем, что в роторно-лопастном устройстве, содержащем корпус с торцевыми крышками и не соосно размещенный в нем ротор с лопастями, разделяющий корпус на внешние камеры, на внутренней поверхности торцевых крышек вдоль соединения торцевых крышек с корпусом выполнены пазы, каждая лопасть соединена с ротором через ось параллельную оси ротора и снабжена на конце узлом качения-уплотнения, состоящим из трех роликов, расположенных на одной оси, при этом лопасти опираются крайними роликами узла качения уплотнения на внутренние края пазов, без соприкосновения с внешними краями пазов и средним роликом на внутреннюю поверхность корпуса, согласно изобретению оси вращения лопастей, размещены в средней части лопастей и делят их на два плеча, при этом на первом плече лопастей установлен узел качения-уплотнения, а второе плечо лопастей образует с радиальными и цилиндрическими поверхностями ротора внутренние камеры, снабженные дополнительными впускными и выпускными клапанами.

Краткое описание чертежей

Заявленное роторно-лопастное устройство представлено:

на фиг. 1 - роторно-лопастное устройство в поперечном разрезе корпуса;

на фиг. 2 - роторно-лопастное устройство в продольном разрезе корпуса;

на фиг. 3 - лопасть роторно-лопастного устройства;

на фиг. 4 - лопасть в сборе.

Роторно-лопастное устройство содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми крышками 2 и не соосно размещенный в нем ротор 3 с лопастями 4, который делит корпус 1 на внешние камеры 5, при этом лопасти 4 соединены с ротором 3 через оси 6. Лопасти 4 на концах имеют узлы качения-уплотнения 7. Лопасти 4 выполнены двуплечными, с размещением осей 6 вращения лопастей 4 в средней части лопастей 4, при этом на первом плече 8 лопастей 4 установлен узел качения-уплотнения 7, а второе плечо 9 лопастей 4 образуют с радиальными поверхностями 10 ротора 3 и цилиндрическими поверхностями 11 ротора 3 внутренние камеры 12, снабженные собственными впускными 13 и выпускными 14 клапанами. Радиальная поверхность 10 ротора 3 выполнена с изгибом, совпадающим с радиусом, который описывает концевая кромка второго плеча 9 лопасти 4.

Корпус 1 имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность 15. Внутренние и внешние края пазов 16, выполненные в торцевых крышках 2 корпуса 1, параллельны поверхности 15. Узлы качения-уплотнения 7 имеют боковые ролики 17 и средние ролики 18. Ширина пазов 16 равна диаметру роликов 17, но на поверхности 15 в местах совмещения с внешними краями пазов 16 выполнены технологические зазоры. Роторно-лопастное устройство составляет основу роторно-лопастной турбины. Роторно-лопастная турбина имеет впускные 19 и выпускные 20 каналы. Края лопастей 4 прилегающие к торцевым крышкам 2 и второе плечо 9 лопастей 4, прилегающие к радиальным поверхностям 10 ротора 3, могут быть оборудованы лабиринтными уплотнениями или уплотнительными пластинами 21.

Осуществление изобретения

Роторно-лопастная турбина работает следующим образом. Лопасти 4 делят внутренний объем корпуса 1 на равное лопастям 4 количество внешних камер 5, причем угол раскрытия лопастей 4 менее 90°. Такое же количество внутренних камер 12 образуют второе плечо 9 лопастей 4 с радиальными 10 и цилиндрическими 11 поверхностями ротора 3. При вращении ротора 3 лопасти 4 складываются и раскрываются, изменяя объемы внешних 5 и внутренних 12 камер из-за смещенности осей ротора 3 и корпуса 1. Во всех камерах поочередно проходят одинаковые термодинамические процессы. Конструкция роторно-лопастного устройства одновременно выступает в роли золотниковых клапанов, т.к. части устройства при вращении обеспечивают перекрытие или открытие нескольких совмещающихся каналов. Рабочее тело (пар, сжатый газ …) подается через впускные каналы 19 и впускной клапан 13 роторно-лопастной турбины в полость внешних 5 или внутренних 12 камер, давит на площади лопастей 4 и второго плеча 9 лопастей 4. Т.к. лопасти 4 складываются и раскрываются со смещением по времени относительно друг друга, их площади имеют радиальный перепад, соответственно, рабочее тело заставляет ротор 3 вращаться в сторону лопасти 4 с большей площадью. Рабочее тело в соседних внешних камерах 5 имеет разное давление, которое воздействуя на первое плечо 8 лопастей 4, заставляет ротор 1 вращаться в сторону внешней камеры 5 с меньшим давлением. Конструкция роторно-лопастной турбины позволяет использовать кинетическую энергию рабочего тела во внешних камерах 5, за счет потока рабочих газов, направленного впускным каналом 19 в сторону вращения ротора 3 с лопастями 4 и потенциальную энергию рабочего тела, т.к. внешние 5 и внутренние 12 камеры перекрыты лопастями 4 с минимальными технологическими зазорами. Двуплечие лопастей 4 создано для того, чтобы во внешних камерах 5, за счет более длинного второго плеча 9 лопасти 4 относительно длины первого плеча 8 лопасти 4, создать на среднем ролике 18 узла качения-уплотнения 7 силу, направленную на внутреннюю поверхность 15 корпуса 1, в результате чего появляется дополнительный положительный крутящий момент. В такте выпуска рабочего тела из внешних камер 5 в выпускные каналы 20, во внутренние камеры 12 через впускной клапан 13 подается рабочее тело под давлением, которое отклоняет второе плечо 9 лопастей 4, за счет этого на боковых роликах 17 узла качения-уплотнения 7 создается сила, направленная на внутренние края пазов 16, что приводит к созданию дополнительного положительного крутящего момента. Выпуск рабочего тела из внутренних камер 12 возможен как через дополнительные выпускные каналы 22 в торцевых крышках 2 корпуса 1, так и через выпускной клапан 14 золотникового клапана 23.

Представленное роторно-лопастное устройство решает несколько задач:

Повышение КПД происходит из-за увеличения времени давления рабочих газов на лопасти 4 и вторые плечи 9 лопастей 4, раскрывающих или складывающих лопасти 4, ролики 17 и 18 которых, при взаимодействии с поверхностями 15 и внутренними краями пазов 16, создают положительный крутящий момент, при этом, в два раза увеличен угол поворота ротора 3, в секторе которого на ротор 3 действует положительный крутящий момент, тем самым в роторно-лопастном устройстве устранены паразитные силы, имеющиеся в конструкции заявленного прототипа.

Т.к. инерционность конструкции роторно-лопастной турбины низкая, появляется возможность увеличения оборотов ротора 3, ведущего к дифференциации температурной напряженности деталей турбины, снижая порог их разрушения.

Благодаря новой совокупности существенных признаков заявляемого решения достигается следующее:

- увеличение термодинамического КПД;

- повышение крутящего момента и уменьшение паразитных сил, за счет увеличения угла поворота ротора, на котором рабочее тело совершает полезную работу.

1. Роторно-лопастное устройство, содержащее корпус с торцевыми крышками и не соосно размещенный в нем ротор с лопастями, разделяющий корпус на внешние камеры, на внутренней поверхности торцевых крышек вдоль соединения торцевых крышек с корпусом выполнены пазы, каждая лопасть соединена с ротором через ось, параллельную оси ротора, и снабжена на конце узлом качения-уплотнения, состоящим из трех роликов, расположенных на одной оси, при этом лопасти опираются боковыми роликами узла качения-уплотнения на внутренние края пазов, без соприкосновения с внешними краями пазов и средним роликом на внутреннюю поверхность корпуса, отличающееся тем, что оси вращения лопастей размещены в средней части лопастей и делят их на два плеча, при этом на первом плече лопастей установлен узел качения-уплотнения, а второе плечо лопастей образует с радиальными и цилиндрическими поверхностями ротора внутренние камеры, снабженные дополнительными впускными и выпускными клапанами.

2. Роторно-лопастное устройство по п. 1, отличающееся тем, что ротор с лопастями изготовлены полыми и снабжены клапанами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя за счет улучшения герметизации рабочих объемов.

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение надежности двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя за счет улучшения герметизации рабочих объемов.

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 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.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания. Двигатель содержит корпус 1, крышки 2 и 3, вал 4, ротор 6, поворотные заслонки 7, 8 и 9, постоянно поджатые к ротору 6 пружинами 10 и 11.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, состоящий из двух секций 1 и 2 с полостями сжатия и расширения, перегородку 3, крышки 4 и 5, вал 6, роторы 8 и 9 в виде дисков, поворотные заслонки 11, 12, 13 и 14, систему подачи топлива, систему зажигания.

Изобретение относится к двигателестроению. Способ преобразования возвратно-поворотного движения и вращения поршней во вращательное движение вала осуществляется в двигателе внутреннего сгорания с поршнями.

Изобретение относится к двигателестроению. В роторно-поршневом двигателе внутреннего сгорания в поперечном сечении ротор 2 выполнен в виде треугольника Рело и расположен эксцентрично в цилиндрической полости статора 1.

Изобретение относится к концентрической ротационной гидромашине. Гидромашина (100) содержит корпусы (102.

Изобретение относится к гидравлическим забойным двигателям для вращательного бурения, размещаемым в скважинах. Двигатель содержит трубчатый корпус 1 с внутренней поверхностью, выполненной в форме геликоида с внутренними многозаходными винтовыми зубьями.

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение надежности двигателя.

Изобретение относится к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является снижение уровня вибраций за счет обеспечения равенства всех камер двигателя как по объему, так и по форме.

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. Двигатель содержит воздушный канал, выполненный с возможностью обеспечения потока холодного воздуха через ротор по мере движения ротора относительно корпуса внутри двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может найти применение при проектировании и производстве двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к гидравлическому забойному двигателю. Двигатель содержит корпус 1, статор, шибер 8, размещенный в роторе 3.

Группа изобретений относится к винтовым забойным двигателям и винтовым насосам и может быть использована в нефтегазодобывающей, горной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к автомобильному двигателестроению, позволяющему использовать в качестве рабочего тела продукты сгорания с температурой рабочего тела около 2000°.

Группа изобретений относится к области бурения скважин забойными двигателями. Забойный двигатель содержит непрерывно выполненный корпус статора силовой секции, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю полость, содержащую ряд зубьев статора и участок корпуса, проходящий через нее, при этом указанные зубья статора проходят от первого конца корпуса статора силовой секции до первого конца переходного участка, при этом указанный участок корпуса проходит от второго конца переходного участка до второго конца корпуса статора силовой секции, причем указанный переходной участок образует единую комбинацию с зубьями статора; и роторный узел, содержащий ротор силовой секции, имеющий зубья ротора, которые должны быть полностью расположены во внутренней полости, при этом указанные зубья ротора должны взаимодействовать с одним или более зубьями статора для вращения роторного узла, когда буровой раствор под давлением проходит через внутреннюю полость.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-лопастным машинам, и может использоваться в турбинах, двигателях внутреннего и внешнего сгорания, пневмодвигателях, компрессорах, насосах, детандерах. Техническим результатом является повышение КПД. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит корпус с торцевыми крышками и несоосно размещенный в нем ротор с лопастями, разделяющий корпус на внешние камеры. Каждая лопасть соединена с ротором через ось и снабжена на конце узлом качения-уплотнения, состоящим из трех роликов, расположенных на одной оси. При этом лопасть опирается боковыми роликами узла качения-уплотнения на внутренние края пазов без соприкосновения с их внешними краями, и средним роликом опирается на внутреннюю поверхность корпуса. Оси вращения лопастей размещены в средней части лопастей и делят их на два плеча. На первом плече лопастей установлен узел качения-уплотнения, а второе плечо образует с радиальными и цилиндрическими поверхностями ротора внутренние камеры, снабженные дополнительными впускными и выпускными клапанами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх