РОТОРНО-ПЛАСТИНЧАТОЕ УСТРОЙСТВО
ROTARY AND PLATE DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания с любой воздушно-газовой смесью, а также в виде компрессора или насоса.
Известен роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, торцевые крышки, цилиндрический ротор, установленный эксцентрично относительно рабочей поверхности корпуса, имеющий радиальные подвижные заслонки, смонтированные в пазах ротора и образующие нагнетательную и расширительную полости между корпусом и ротором (см. патент RU №2297534, F01C 1/344, 2007).
Недостатком данного двигателя является то, что пластины прижимаются к внутренней, рабочей поверхности корпуса за счет силы пружин, расположенных в пазах ротора, что приводит к увеличенному износу как пластин, так и внутренней, рабочей поверхности корпуса.
Кроме того, сила, с которой пружины прижимают пластины к поверхности корпуса, должна быть не ниже рабочего давления в камере сгорания рабочей смеси, а это приводит к значительному трению и снижает легкость вращения ротора.
Известна роторно-пластинчатая машина, содержащая корпус, полый цилиндрический ротор с пазами, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные во вкладышах раздельные пластины (см. патент RU №2187656, F01C 1/44, 2002).
В данном устройстве вкладыши размещены в роторе с возможностью поворота в пазах. Каждый из вкладышей пластины выполнен в виде плоско-выпуклого конструктивного элемента с различным радиусом кривизны внешней выпуклой поверхности по его длине и имеет центральный и периферийные участки. Вкладыши зафиксированы между собой двумя полыми демпфирующими втулками. Втулки установлены на периферийных участках вкладышей.
Недостатками данного устройства являются сложность в размещении пластин на валу ротора, их сочленение и достаточно высокая сложность изготовления. А также устройство содержит большое количество движущихся узлов, в которых необходимо выполнять уплотнения и достигать герметичность соединений.
Известна также пластинчатая машина, содержащая статор с профилированной расточкой, образованной тремя сопряженными между собой дугами окружности, эксцентрично размещенный в расточке цилиндрический ротор с пазами и размещенными в них с образованием рабочих камер пластинами (см. патент RU №2023887, F01C 1/344, 1994).
Недостатком данного устройства является то, что разные радиусы расточек, разные длины дуг и пластин, углы переходов между поверхностями окружности приводят к сильному износу элементов конструкции. Сам ротор имеет эксцентричную ось вращения, что приводит к сильным вибрациям.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является роторно-пластинчатый двигатель, содержащий статор, боковые крышки с пазом, расположенный в статоре ротор с радиальными пазами и рабочими пластинами в них, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения и контакта своими верхними частями с внутренней поверхностью статора, причем каждая пластина выполнена с выступами в торцевой части, контактирующими с пазом крышек (см. патент RU №2416032, F01C 1/344, 2011).
Недостатками данного устройства являются ограниченное применение и сложность конструкции.
Рабочая поверхность корпуса выполнена в виде поверхности, образованной движением прямой линии, перпендикулярной плоскости вращения ротора, по образующей кривой-эллипсу. Создание такой поверхности является сложной операцией.
Данное устройство не предназначено для работы с жидкими средами.
Задачей заявляемого решения является создание универсального по применению роторно-пластинчатого устройства простого в изготовлении и надежного в работе.
Технический результат заявляемого решения заключается в расширении функциональности устройства с одновременным повышением эффективности его работы за счет постоянного оптимального контакта пластин ротора с внутренней поверхностью статора.
Для достижения указанного технического результата в роторно-пластинчатом устройстве, содержащем статор, боковые крышки с пазом, расположенный в статоре ротор с радиальными пазами и рабочими пластинами в них, установленными с возможностью возвратно-поступательного движения и контакта своими верхними частями с внутренней поверхностью статора, причем каждая пластина выполнена с выступами в торцевой части, контактирующими с пазом крышек, согласно предложению, статор выполнен цилиндрической формы, паз в боковых крышках выполнен кольцевым, повторяющим форму внутренней цилиндрической поверхности статора и обеспечивающим угловое перемещение верхней части пластины в постоянном контакте с внутренней поверхностью статора, при этом ротор расположен со смещением к стенке корпуса с образованием камер неодинакового объема, в валу ротора с обоих концов выполнены несквозные осевые отверстия с образованием впускной и выпускной частей вала ротора, имеющие выход в пазы ротора, а на нижней части пластин выполнены углубления для входа и выхода рабочей среды из камеры.
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично представлено устройство в поперечном разрезе; на фиг. 2 представлена крышка статора в разрезе; на фиг. 3 изображена крышка статора, вид с внутренней стороны устройства; на фиг. 4 представлен ротора; на фиг. 5 представлено устройство с камерой минимального объема; на фиг. 6 представлено устройство с камерой максимального объема; на фиг. 7 изображено устройство в работе; на фиг. 8 схематично представлено устройство в продольном разрезе.
Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
Устройство включает статор, выполненный в виде горизонтального цилиндрического корпуса 1 с осью вращения С-С1. Внутри корпуса 1 со смещением к стенке корпуса 1 расположен ротор 2 с валом и осью вращения R-R1 (фиг. 1, 2). В роторе 2 выполнены радиальные пазы 3, в которых установлены пластины 4 с возможностью возвратно-поступательного движения в пазах 3. Количество пластин 4 равно количеству радиальных пазов 3 и равно n, где n=1, 2, 3, 4 и т.д. Количество пластин 4 может быть произвольным, в зависимости от размеров устройства и сферы его применения. В примере конкретного исполнения на фиг. 5, 6, 7 представлено, что количество пазов 3 и пластин 4 выбрано равное трем.
Ротор 2 размещен внутри корпуса 1 со смещением к стенке корпуса 1 так, что между внутренней поверхностью корпуса 1, внешней поверхностью ротора 2 и между соседними пластинами 4 образуются камеры неодинакового объема.
Устройство также включает боковые крышки 5, расположенные с обоих торцов корпуса 1, имеющие посадочные отверстия для вала ротора 2, посадочные канавки и уплотнения для герметичного соединения с торцами корпуса 1.
В крышках 5 выполнен кольцевой паз 6, повторяющий форму внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Пластины 4 имеют ответные выступы 7, входящие в кольцевые пазы 6 крышек 5, обеспечивая тем самым угловое перемещение верхней части пластин 4 по внутренней поверхности корпуса 1.
Таким образом, пластины 4 контактируют своими закругленными верхними частями с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1, а боковыми торцами - с поверхностями крышек 5.
Вал вращения ротора 2 с обоих концов имеет несквозные осевые отверстия 8, имеющие выход в пазы 3, а на нижней части пластин 4, которые двигаются в пазах ротора 2, выполнены углубления 9 для впуска и выпуска рабочей смеси и отработанных газов (фиг.8). При этом на впускной и выпускной части вала ротора 2 установлены впускной и выпускной клапаны (на чертежах не показаны).
На фиг.5, 6 показано, что зона A образует камеру минимального объема, зона B - камеру максимального объема.
Роторно-пластинчатое устройство выполнено из традиционных конструкционных материалов и может быть изготовлено в условиях, например, серийного производства по традиционной технологии.
Устройство работает следующим образом.
Основным принципом работы всех роторно-пластинчатых устройств является повышение давления рабочей смеси за счет уменьшения ее объема. В примере конкретного выполнения работа заявленного роторно-пластинчатого устройства представлена для двигателя внутреннего сгорания (фиг.7).
Когда ротор 2 начинает вращаться, пластины 4 выдвигаются из пазов 3 и скользят по внутренней стенке корпуса 1. То есть, вращаясь вместе с ротором 2, пластины 4 одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах 3 ротора 2.
Проворачивая ротор 2 по часовой стрелке, получаем в камере А максимальное давление рабочей смеси (зона A). Дальнейшее проворачивание ротора 2 вызывает выход верхней пластины 4-2 из паза 3 больше, чем пластины 4-1, расположенной у оси R-R1 (фиг.4).
В этот момент происходит воспламенение рабочей смеси. Сила давления воспламененной смеси на пластину 4-2 будет больше, чем на пластину 4-1, из-за разности плеч, что вызовет проворачивание ротора 2.
Расширяющиеся газы будут проворачивать ротор 2 до максимального объема в зоне B (фиг.6). Цикл будет повторяться в каждой камере, что приведет к постоянному вращению ротора 2.
Данный двигатель может работать в двухтактном режиме, как и обычный поршневой двигатель. Причем, если механизм газораспределения расположить на крышке двигателя, это обеспечит работу в четырехтактном режиме, что значительно улучшит работу двигателя и его мощностные характеристики.
Заявляемое устройство может быть исполнено в виде пластинчатого насоса. Для этого в одной из боковых крышек выполняют всасывающую полость, как в обычном центробежном насосе. В случае использования устройства в качестве насоса с высоким разряжением или давлением, в крышках устанавливают клапанные механизмы, обеспечивающие разряжение на входе и высокое давление на выходе насоса.
Заявляемое устройство может быть исполнено в виде компрессора, при этом на выходе устанавливают накопительную емкость.
В заявляемом устройстве статор выполнен с цилиндрической внутренней поверхностью. Это упрощает изготовление устройства.
В отличие от поршневых устройств, в данном устройстве отсутствует наиболее изнашиваемая деталь - коленчатый вал, что повышает надежность и увеличивает срок службы устройства.
Изготовление пластин с выступами, входящими в кольцевой паз крышек устройства, позволяет установить оптимальный контакт пластин с внутренней поверхностью статора, что значительно снижает износ элементов конструкции и продлевает срок службы устройства.
Заявляемое техническое решение позволяет легко изменять свойства устройства, а именно в случае использования как двигателя внутреннего сгорания изменять степень сжатия, количество рабочих циклов, что достигается простой сменой боковых крышек, в которых смещается ось вращения ротора.
В заявляемом устройстве также упрощен подвод рабочей смеси и отвод отработанных газов за счет выполненных несквозных отверстий на валу ротора, имеющих также выход в пазы и углубления в нижней части пластин.
Заявляемое роторно-пластинчатое устройство универсально по применению, простое в изготовлении и надежное в работе.