РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с одним вращающимся ротором.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, в корпусе которого размещен ротор со смещением по отношению к оси корпуса двигателя (патент США №4688531). В роторе данного двигателя выполнены радиальные расточки, в которых размещены гильзы цилиндров с возможностью скольжения в радиальном направлении. При работе данного двигателя гильзы движутся вместе с ротором в окружном направлении и также возвратно-поступательно в радиальных расточках ротора. Поршни размещены в гильзах цилиндра и движутся только в окружном направлении вместе с ротором. Изменение объема между поверхностью поршня и поверхностью гильзы цилиндра происходит в результате радиального перемещения гильз цилиндра в расточках ротора. Сгорание топлива происходит в рабочих камерах, границами которых в окружном направлении являются стенки гильз. Разность давлений в рабочих камерах вызывает вращение ротора.
Недостатком данного двигателя является низкая надежность, так как в зоне контакта гильз и ротора температура высока и возникает большое трение, поскольку в радиальных расточках ротора возникает усилие, вызывающее вращение ротора.
Известен роторный двигатель (патент РФ №2564366), в котором ротор выполнен в виде колеса со спицами и с размещенными в них каналами. Каналы в спицах служат направляющими для лопаток. В двигателе размещено выдвижное устройство, обеспечивающее возвратно-поступательное движение лопаток в каналах. Выдвижное устройство содержит кривошипы, шатуны и коромысло. Имеется также фиксирующее устройство, которое обеспечивает своевременное выдвижение лопаток.
Недостатком двигателя является сложность конструкции и невозможность полного расширения рабочего тела до давления близкого к атмосферному давлению.
Известна роторно-поршневая машина по патенту РФ №2255226, которая имеет корпус с полостью и ротор, в пазах которого размещены пластины. Ось корпуса смещена относительно оси ротора. Радиальное перемещение пластин осуществляется при помощи шарнирного соединения пластины с осью, совпадающей с осью корпуса. Торцы пластин выполнены с таким соотношением между радиусом кривизны и шириной пластины в окружном направлении, которое позволяет перемещаться пластине в корпусе с минимальным зазором между внутренней поверхностью корпуса и конечной частью пластины. Роторно-поршневая машина имеет пластины, относящиеся к компрессорному узлу, и через разделительную стенку на роторе установлены пластины, относящиеся к двигателю. Горючая смесь поступает в рабочие камеры компрессорного узла через впускное отверстие и в рабочих камерах идет процесс сжатия. После сжатия горючая смесь через канал в стенке поступает в рабочую камеру двигателя, где происходит воспламенение и сгорание. Отработавшие газы удаляются в выхлопной канал. Вращение оси, совпадающей с осью корпуса, происходит за счет взаимодействие пластин с ротором в прорезях ротора. Съем мощности осуществляется с ротора. Преимуществом данного изобретения является компактность.
Недостатком данной роторно-поршневой машины является низкая надежность, вызванная трением пластин в пазах ротора двигателя. Именно воздействие пластин на ротор в пазах вынуждает вращаться ротор. Поскольку в рабочей камере происходит сгорание топлива, температура металла в зоне контакта пластин и ротора высока, что приводит к быстрому износу трущихся поверхностей.
За прототип принят роторно-лопаточный двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №2413853). Двигатель состоит из корпуса с полостью, в которой размещен ротор с рабочими лопатками и копир, который установлен в корпусе с эксцентриситетом к оси ротора. Во время работы двигателя рабочие лопатки вращаются вместе с ротором и одновременно совершают радиальные перемещения, прокатываясь роликами по кольцевым дорожкам копира. Имеется связь рабочих лопаток с копиром, которая позволяет контактировать лопаткам с внутренней полостью корпуса только уплотнительными элементами. Сгорание топлива происходит в рабочих камерах, разность давлений в рабочих камерах вызывает вращение ротора.
Недостатком данного роторно-лопаточного двигателя является низкая надежность, поскольку взаимодействие лопаток с ротором происходит в пазах ротора вблизи зоны сгорания топлива, температура лопаток и ротора будет очень высока, что приведет к выходу лопаток из строя. Также в данном двигателе невозможно применить регенератор для использования тепла отработавшего рабочего тела, что снижает экономичность двигателя.
Задачей настоящей полезной модели является создание двигателя, обладающего высокой надежностью и высокой экономичностью.
Поставленная задача решается тем, что роторный двигатель, состоит из корпуса с полостью, в которую помещен ротор, снабженный радиальными прорезями с размещенными в них направляющими элементами и пластинами, образующими рабочие камеры переменного объема, сообщающиеся с камерой сгорания. Также содержит двигательную часть и компрессорные части, которые разделены между собой стенками, причем пластины двигательной и компрессорных частей выполнены, как единое целое. Также содержит направляющую часть, в которою помещены элементы, обеспечивающие вращение ротора и перемещение пластин, причем направляющая часть разделена на две части, которые размещены по краям двигателя в осевом направлении за пределами двигательной части и компрессорных частей и отделены от проточных частей стенками. Размер пластин и ротора в осевом направлении превышает суммарный размер компрессорных частей вместе с двигательной частью. Каждая пластина содержит направляющую часть, выполненную как единое целое с компрессорными частями и с двигательной частью, причем расположенную по краям пластины в осевом направлении. Также на роторе с двух сторон в осевом направлении закреплены направляющие элементы, в которые помещены направляющие части пластин с возможностью перемещения пластин в радиальном направлении. В боковых стенках корпуса двигателя выполнена кольцевая выточка ось, которой параллельна и смещена относительно оси ротора. В направляющей части каждая пластина содержит штифт, который свободным концом помещен в кольцевую выточку, выполненную в боковых стенках корпуса двигателя, с возможностью перемещения штифтов в окружном направлении.
На Фиг. 1 изображен роторный двигатель.
На Фиг. 2 представлено сечение А-А двигательной части.
На Фиг. 3 представлено сечение Б-Б компрессорной части.
На Фиг. 4 представлено сечение С-С направляющей части.
Роторный двигатель на Фиг. 1, 2, 3 и 4 содержит камеру сгорания 1, которая соединена с двигательной частью 2. Компрессор разделен на две компрессорные части 3, которые размещены по краям двигательной части. Размер двигательной части в осевом направлении превосходит суммарный размер компрессорных частей. Двигательная часть и компрессорная часть содержит рабочие камеры 4, которые образуют пластины 5, размещенные в прорезях ротора 6. Пластины в двигательной части, в компрессорной части выполнены как единое целое. Размер пластины и ротора в осевом направлении превышает суммарный размер двигательной части и компрессорных частей. Двигатель содержит направляющую часть 7, разделенную на две части, которые размещены за пределами двигательной и компрессорных частей в осевом направлении, причем отделены от проточных частей стенками 8. Направляющая часть содержит пластины, выполненные как единое целое с пластинами двигательной части и с компрессорными частями. В направляющей части к ротору прикреплены направляющие элементы 9, в которых размещены направляющие части пластин с возможностью перемещения в радиальном направлении. К каждой пластине в направляющей части крепится штифт 10, который свободным концом помещен в кольцевую выточку 11, выполненную в боковых стенках корпуса 12 двигателя с возможностью перемещения в окружном направлении. Ось 13 ротора выполнена параллельной и со смещением относительно оси 14 кольцевой выточки. Буквой В обозначено смещение между осями. Воздух в компрессор поступает через впускное окно 15. Сжатый воздух выходит из компрессора через выпускное окно 16, поступает в ресивер 17, затем в регенератор 18 и далее в камеру сгорания. В двигательной части и в компрессорных частях имеются на пластинах уплотняющие элементы 19, при необходимости на пластинах также могут быть размещены и направляющие элементы. Уплотнения 20 предотвращают утечки из камеры сгорания. Ротор вращается в подшипниках 21.
При работе двигателя из камеры сгорания 1 рабочее тело поступает в двигательную часть 2, в рабочие камеры 4, которые образуют пластины 5, размещенные в прорезях ротора 6. В результате давления рабочего тела на пластины происходит вращение ротора. Силовое взаимодействие со стороны пластин на ротор осуществляется в направляющей части 7 двигателя посредством воздействия пластин на направляющие элементы 9, размещенные на роторе. При работе двигателя воздействие пластин на направляющие элементы вынуждает ротор вращаться. В направляющей части к каждой пластине крепится штифт 10, который помещен свободным концом в кольцевую выточку 11, выполненную в обеих боковых стенках корпуса 12 двигателя. Посредством штифтов осуществляется возвратно-поступательное движение пластин в направляющих элементах на роторе в радиальном направлении. Это происходит, поскольку между осевой линией 13 ротора и осевой линией 14 выточек выполнено смещение, которое обозначено буквой В. Стенки 8 отделяет направляющие части от компрессорных частей 3, которые размещены по краям двигательной части в осевом направлении. В корпусе компрессорной части выполнены окна 15 для подвода свежего воздуха и окна 16 для отвода сжатого воздуха. Сжатый воздух направляется в камеру сгорания через ресивер 17, который сглаживает пульсации давления воздуха, далее в регенератор 18. В регенераторе происходит охлаждение отработавших газов и подогрев сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания. В двигательной части и в компрессорных частях имеются на пластинах уплотняющие элементы 19, которые предотвращают утечки рабочего тела. При необходимости на пластинах также могут быть размещены и направляющие элементы. Уплотнения 20 предотвращают утечки из камеры сгорания, при работе ротор вращается в подшипниках 21.
Силовое взаимодействие между пластинами и ротором двигателя осуществляется в направляющих частях, которые вынесены за пределы проточных частей, как двигателя, так и компрессора, в осевом направлении, где температура невысока, это увеличивает надежность роторного двигателя в сравнении с прототипом. Поскольку размер двигательной части в осевом направлении превышает суммарный размер компрессорных частей, это позволяет осуществлять полное расширение рабочего тела в рабочих камерах данного двигателя, то есть роторный двигатель работает по циклу Брайтона. Кроме того, наличие регенератора, который подогревает сжатый воздух выхлопными газами перед подачей его в камеру сгорания, увеличивает экономичность роторного двигателя по сравнению с прототипом.