СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЙ РОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SEALING SYSTEM OF ROTARY ICE

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам уплотнений двигателей внутреннего сгорания с с вращающимися рабочими органами, которые могут быть использованы в энергетическом машиностроении в качестве гидродвигателя, насоса и двигателя внутреннего сгорания на сухопутном, морском и воздушном транспорте.
Известна система уплотнений роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащая радиальные, торцовые уплотнения, расположенные в пазах корпуса по обе стороны ротора, и тангенциальные уплотнения (см. RU 2239703, С1, МПК 7F01C 19/00, F02B 55/02).
Система уплотнений по патенту №2239703 имеет уплотнительные выступы, выполненные на уплотнительных планках, связанных между собой уплотнительным элементом, установленным в канавках лопастей-поршней, причем поверхность контакта уплотнительных выступов с торцовыми уплотнениями выполнена прерывистой.
Вышеописанная система уплотнений имеет следующие недостатки. Радиальные уплотнения, расположены в пазах лопастей и выполнены в виде кольца, установленного в канавке поршня, взаимодействующего как с рабочей поверхностью корпуса, так и с рабочей поверхностью ползуна.
Такое конструктивное решение радиального уплотнения не позволяет надежно герметизировать рабочую камеру двигателя из-за технической невозможности одновременно иметь постоянный контакт как с рабочей поверхностью корпуса, так и с поверхностью ползуна. Требуется высокая точность исполнения и стабильность размеров рабочей поверхности корпуса и ползуна в течение всего периода эксплуатации двигателя. Иначе говоря, необходимо гарантировать движение центра поршня по контуру образующей рабочую поверхность двигателя, что невозможно, т.к. имеет место износ поверхностей. Происходит отрыв от поверхности ползуна кольца и потеря заряда. Геометрия рабочей поверхности двигателя сложна в изготовлении и требует наличия поршня, шарнирно связанного с ползуном, что усложняет конструкцию двигателя и кольца, установленного в канавке поршня для обеспечения контакта кольца с рабочей поверхностью корпуса.
Конструктивное решение торцовых уплотнений не обеспечивает высокой степени герметизации из-за отсутствия достаточной протяженности по глубине уплотнения в радиальном направлении с одной стороны и линейного характера взаимодействия их с кольцом радиального уплотнения.
Тангенциальные уплотнения сложны по конструкции и трудоемки в изготовлении, так как требуют наличия места их расположения. Имеет место вероятность ударов при встрече одного из выступов с торцовыми уплотнениями в результате нарушения размеров при износе поверхности.
Создание надежной системы уплотнений с высокой степенью герметизации является задачей, на решение которой направлено данное изобретение.
Сущность изобретения заключается в том, что в системе уплотнений роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащей радиальные уплотнения, расположенные в пазах лопастей, контактирующие с рабочей поверхностью корпуса, торцовые и тангенциальные уплотнения, радиальные уплотнения выполнены в виде П-образных пластин, подпружиненных к рабочей поверхности корпуса, каждая из которых связана с противовесом посредством двуплечих рычагов, попарно установленных относительно ножек П-образных пластин, концы которых имеют общие оси, установленные в сухариках, расположенных в окнах противовесов и ножках П-образных пластин, а оси поворота двуплечих рычагов соосны и установлены в стенках лопастей, торцовые уплотнения выполнены в виде пластин, установленных с обеих сторон ротора параллельно плоскости его вращения с регулируемыми упорами, тангенциальные уплотнения - в виде прямоугольных пластин, установленных в стенках паза ротора с обеих сторон лопастей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - изображен поперечный разрез В-В двигателя на фиг.2 и радиальные уплотнения;
фиг.2 - продольный разрез Б-Б двигателя на фиг.1, радиальные и торцовые уплотнения;
фиг.3 - разрез А-А двигателя на фиг.1, радиальные и торцовые уплотнения;
фиг.4 - разрез Г-Г двигателя на фиг.3, радиальные уплотнения;
фиг.5 - вид по стрелке Д на фиг.4, радиальные уплотнения;
фиг.6 - разрез Е-Е двигателя на фиг.2, радиальные и тангенциальные уплотнения;
фиг.7 - разрез И-И двигателя на фиг.6, тангенциальные уплотнения.
Система уплотнений роторного двигателя внутреннего сгорания содержит радиальные уплотнения 1, торцовые уплотнения 2 и тангенциальные уплотнения 3. Радиальные уплотнения 1 выполнены в виде П-образных пластин 7, подпружиненных к рабочей поверхности корпуса 6. Каждая П-образная пластина 7 связана с противовесом 8 посредством двуплечих рычагов 9, попарно установленных относительно ножек 10 и 11 П-образных пластин 7. Концы двуплечих рычагов 9 имеют общие оси 12, установленные в сухариках 15, расположенных в окнах 14 противовесов 8 и ножках 10 и 11 П-образных пластин 7. Оси 15 поворота двуплечих рычагов 9 соосны и установлены в стенках 16 лопастей 4. Торцовые уплотнения 2 выполнены в виде пластин 17, установленных с обеих сторон ротора 18 параллельно плоскости его вращения, расположенного на валу 19 в корпусе 6 с регулируемыми упорами 20. Торцовые уплотнения 2 предназначены для герметизации рабочих камер 21. Тангенциальные уплотнения 3 выполнены в виде прямоугольных пластин 22, установленных в стенках 23 пазов ротора 18 с обеих сторон лопастей 4 и поджимаемых пружинами 24.
При вращении ротора 18, расположенного на валу 19, на радиальные уплотнения 1 действуют силы инерции - на П-образные пластины 7 и противовесы 8. Силы инерции, действующие на П-образные пластины передаются посредством сухариков 13 на общие оси 12. В свою очередь, инерционные силы, действующие на противовесы 8 посредством сухариков 13 также передаются на общие оси 12 двуплечих рычагов 9, поворачивающихся относительно оси 15. Силы инерции, действующие на П-образную пластину 7 и на противовес 8 относительно оси 15 вращения двуплечего рычага 9 на левой ножке 10 действуют в противоположных направлениях, а именно силы инерции левой ножки 10 П-образной пластины 7 будут действовать по часовой стрелке, а силы инерции противовеса 8 - против часовой стрелки. Силы инерции, действующие на П-образную пластину 7 и противовес 8 относительно оси 15 вращения двуплечего рычага 9 на правой ножке 11 будут действовать в противоположных направлениях, а именно силы инерции правой ножки 11 П-образной пластины 7 будут действовать против часовой стрелки, а силы инерции противовеса 8 - по часовой стрелке.
Таким образом, П-образные пластины 7 уравновешиваются противовесами 8 посредством четырех двуплечих рычагов 9, попарно расположенных относительно ножек 10 и 11 П-образных пластин 7 с осями 15 поворота этих рычагов, установленных в стенках 16 лопастей 4.
Уравновешенность определяется формулами:
1
1
ρ
1
2
Fj=mω ρ
2
2
ρ
2
2
Fj=mω ρ, где
1
2
Fj и Fj - силы инерции, действующие соответственно на центры тяжести (ЦТ) П-образных пластин 7 и противовесов 8.
1
2
m и m - масса П-образных пластин 7 и противовесов 8.
ρ
ω - частота вращения ротора.
1
2
ρ и ρ - расстояния от центров тяжести (ЦТ) П-образных пластин 7 и противовесов 8 до оси вращения ротора соответственно.
Условие равновесия радиальных уплотнений
1
2
Fj=Fj
При равенстве сил инерции, действующих на П-образную пластину 7 и противовес 8, устанавливается равновесие.
Следовательно, инерционный поджим П-образной пластины 7 к рабочей поверхности 5 корпуса 6 будет равен нулю и будет осуществляться упругим элементом, например пружиной, с оптимальным расчетным усилием. В этом случае степень поджима П-образной пластины 7 не будет зависеть от частоты вращения ротора 18, что приводит к минимальному износу радиальных уплотнений и рабочей поверхности 5 корпуса 6 двигателя.
Для сохранения заряда в рабочих камерах 21 и получения высоких параметров двигателя необходимо осуществлять их герметизацию торцовыми уплотнениями 2. При вращении ротора 18 герметизация рабочих камерах 21 осуществляется посредством контакта плоскостей торцовых уплотнений 2 с поверхностями ротора 18 и лопастей 4. В связи с тем, что в корпусе 6 двигателя имеют место зоны с различными давлениями рабочего тела, пластины 17 торцовых уплотнений 2 поджимаются посредством регулируемых упоров 20, устраняющих перекосы пластин 17, обеспечивая герметизацию.
При вращении лопастей 4 имеет место их перемещение в пазах ротора 18 в радиальном направлении. Между стенками лопастей 4 и стенками 23 пазов ротора 18 образуются зазоры, через которые имеет место утечка заряда из рабочих камер 21, что вызывает потерю заряда и снижение мощности и весогабаритных показателей. С целью устранения утечек через эти зазоры в стенках 23 пазов ротора 18 выполнены сквозные по длине ротора 18 прямоугольные канавки, в которых установлены тангенциальные уплотнения 3 в виде подпружиненных пластин 22, устанавливаемых в стенках 23 пазов ротора 18 с обеих сторон лопастей 4 и взаимодействующих с их наружной поверхностью при движении в пазу ротора 18.
Предлагаемая система уплотнений рабочих камер представляет собой совокупность радиальных, торцовых и тангенциальных уплотнений, обеспечивающих эффективную герметизацию рабочих камер двигателя.
Радиальные уплотнения обеспечивают постоянство контактных напряжений, оптимальных по величине за счет уравновешивания.
Торцовые уплотнения обеспечивают постоянство контакта с торцовой частью ротора и лопастями, устраняя вероятный перекос регулируемыми упорами.
Тангенциальные уплотнения устраняют утечку заряда через зазор в сопряжении между стенкой лопасти и стенкой паза ротора.
Эффективная герметизация рабочих камер, обеспечиваемая системой трех типов уплотнений, приводит к повышению удельных мощностных и весогабаритных показателей двигателя.