ДВУХРОТОРНАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области машиностроения, и может быть использована в качестве двигателя, насоса, компрессора.
Из уровня техники известен синхронный двухроторный поршневой двигатель (Патент на изобретение RU №2056511, опубликовано 20.03.1996 г., МПК: F02B 53/00). Двигатель состоит из двух идентичных блоков, размещенных в одном корпусе симметрично его центра масс, термодинамические процессы в котором протекают синхронно. Блок содержит корпус, два цилиндрических ротора-поршня с жестко соединенными заслонками, центральный цилиндрический шарнир с пазом, два периферийных шарнира с пазами, в которых перемещаются заслонки, шарнирно соединенные с роторами, два эксцентриковых вала с балансирами и промежуточный вал, на которые насажены согласующие шестерни внешнего зацепления. В корпусе симметрично центральному шарниру размещены две идентичных цилиндрических полости в виде цилиндров, в которых обкатываются со скольжением роторы-поршни, заслонки которых входят в паз центрального шарнира, две камеры сгорания, два гнезда периферийных шарниров и две смесительных камеры. Центральный шарнир снабжен каналами, через которые камеры сгорания своевременно сообщаются с камерами наддува-сжатия и расширения-выпуска, разделенными заслонками, а заслонки, шарнирно соединенные с роторами, снабжены каналами, регулирующими поступление смеси из смесительных камер в камеры наддува-сжатия. Каждая камера сгорания в процессе сжатия горючей смеси сообщается с камерой наддува-сжатия одного цилиндра, а в процессе расширения газов - с камерой расширения-выпуска другого цилиндра. При вращении валов роторы-поршни совместно со своими заслонками разделяют полости корпуса на отсеки переменного объема, в которых протекают термодинамические процессы, обеспечивающие работу двигателя.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, большие энергетические потери на трение в направляющих поршнях.
Известен двухроторный двигатель внутреннего сгорания (Патент на изобретение RU №2129215, опубликовано 20.04.1999 г., МПК: F02B 53/00). Двухроторный двигатель внутреннего сгорания состоит из блока двух эксцентриковых роторов, общей разделительной пластины с "обтекающими" роликами башмаками, блока поршней, соединенных с разделительной пластиной. Новым в устройстве двигателя является выполнение разделительной пластины в виде блока поршней, полости цилиндров которых сообщаются с полостями роторного блока через отверстия, совмещаемые в момент воспламенения горючей смеси и перевода ее в полости роторного блока, и то, что поршневые цилиндры выполнены двусторонними.
К недостаткам данного устройства можно отнести существенные энергетические потери за счет трения на рабочих поверхностях башмаков, направляющих поршней.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двухроторный двигатель (Патент на изобретение RU №2136891, опубликовано 10.09.1999 г., МПК: F01C 1/00). Двигатель содержит рабочий ротор, на котором крепится рабочая лопатка, и изолирующий ротор, отделяющий камеру сгорания от выхлопного отверстия, имеющий впадину, в которую входит лопатка при вращении, объединенные в одном корпусе. Изолирующий ротор приводится во вращение посредством входящих в зубчатое зацепление синхронизирующих шестерен, устанавливаемых на валах роторов вне корпуса. Уменьшение работы сжатия воздуха, поступающего в камеру сгорания, осуществляется путем создания разрежения между лопаткой и изолирующим ротором при выходе рабочей лопатки из впадины изолирующего ротора. Рабочая лопатка располагается в камере сгорания.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции, недостаточно высокую удельную мощность, высокие требования к уравновешиванию роторов, вызванные геометрией их форм, несвойственной телам вращения.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции, расширении функциональных возможностей, снижении осевой нагрузки, обеспечении плавности вращения роторов, двухроторной машины.
Технический результат достигается тем, что двухроторная машина содержит корпус, впускной канал, валы с установленными на них синхронизирующими шестернями, выпускной канал. Причем рабочая камера образована корпусом и двумя идентичными роторами, установленными внутри корпуса симметрично с минимальными зазорами между ними на параллельных валах, шарнирно закрепленных в корпусе с возможностью свободного синхронного вращения в противоположных направлениях. При этом каждый из роторов выполнен в виде диска с вырезами и жестко закреплен на валу с возможностью поочередного прохождения их лопаток через рабочую зону корпуса. Корпус оснащен вторым выпускным каналом. Причем выпускные каналы расположены на противоположных сторонах корпуса, симметрично относительно оси впускного канала.
При этом каждый из роторов, выполненный в виде диска с вырезами, образует лопатки, например, в форме мальтийского креста.
Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг.1-Фиг.2, где
Фиг.1 - общий вид двухроторной машины;
Фиг.2 - вид спереди двухроторной машины (в разрезе).
Двухроторная машина (Фиг.1-Фиг.2) содержит корпус 1, на торцевых поверхностях которого установлены и жестко закреплены крышки 2 овальной формы, впускной канал 3, два вала 4, 5 с роторами 6, 7, синхронизирующие шестерни 8, два выпускных канала 9, 10.
Источник энергии (на рисунках не показан) находится вне корпуса двухроторной машины. Поступление рабочего тела, например, из автономной камеры сгорания, внутрь корпуса 1 осуществляется посредством впускного канала 3.
Внутри корпуса установлены параллельно друг другу и шарнирно закреплены два вала 4, 5. На валах 4, 5 внутри корпуса установлены симметрично, с минимальными зазорами между ними, два идентичных ротора 6, 7, каждый из которых выполнен в виде диска с вырезами, образующими лопатки, например, в форме мальтийского креста. На валах 4, 5 с внешней стороны крышек 2 корпуса 1 установлены синхронизирующие шестерни 8, обеспечивающие синхронность угловых скоростей элементов механизма двухроторной машины.
При этом роторы 6, 7 установлены и жестко закреплены на валах 4, 5 симметрично относительно друг друга с минимальным расстоянием между ними, с возможностью поочередного прохождения их лопаток через рабочую зону корпуса 1. Причем расстояние между валами 4, 5 определяется возможностью свободного синхронного вращения роторов 6, 7 в противоположных направлениях. При этом рабочая камера образована корпусом и двумя идентичными роторами, установленными на параллельных валах, шарнирно закрепленных на торцевых крышках внутри корпуса, с возможностью свободного синхронного вращения в противоположных направлениях.
Выход рабочего тела (пара, газа) из корпуса 1 осуществляется посредством двух выпускных каналов 9, 10, расположенных на противоположных сторонах корпуса 1, симметрично относительно оси впускного канала 3.
Работа двухроторной машины осуществляется следующим образом. Рабочее тело (пар, газ) под давлением поступает из автономного источника энергии (например, камеры сгорания) в рабочую зону корпуса 1 двухроторной машины через впускной канал 3. Сила давления рабочего тела, поступающего в рабочую зону корпуса 1, попеременно воздействует на лопатки роторов 6, 7, закрепленных на параллельно установленных и шарнирно закрепленных внутри корпуса 1 валах 4, 5. Роторы 6, 7 закреплены на валах 4, 5 с возможностью поочередного прохождения их лопаток через рабочую зону корпуса 1 и вращаются в противоположные стороны под действием рабочего тела. Между лопатками роторов 6, 7 и внутренней поверхностью корпуса 1 в рабочей зоне обеспечивается минимальный зазор, исключающий трение лопаток о стенки корпуса 1. При этом роторы 6, 7 находятся в кольцевых каналах корпуса 1. Разница между давлением на лопатки, входящие в зону кольцевого канала и лопатки, находящиеся в зацеплении роторов, за счет их взаимного перекрытия заставляет роторы вращаться в противоположные стороны. Большое радиальное плечо позволяет получить огромный крутящий момент на выходном валу даже при низком поступающем давлении газа или пара от источника энергии в корпус 1.
Давление рабочего тела позволяет получить на валу двухроторного двигателя огромный крутящий момент и большую удельную мощность и КПД, а также обеспечить мгновенный запуск при низких температурах. Двухроторная машина проста в изготовлении, так как позволяет использовать роторы в виде дисков с вырезами, образующими лопатки, например, в форме мальтийского креста. Предлагаемая форма роторов позволяет обеспечить плавность хода роторов, высокую степень надежности и защиту от перегрузки на валу.
Взаимотрущиеся детали в конструкции двухроторной машины отсутствуют, кроме опоры вала (подшипники качения). Не нужны смазка, жидкая система охлаждения, редуктор, так как сама двухроторная машина является газодинамической коробкой передачи скоростей, обеспечивающей нужную величину крутящего момента на валу и частоту вращения вала.
Испытания изготовленного опытного образца подтверждают, что при простоте конструкции предлагаемая двухроторная машина является надежной в использовании, позволяет обеспечить плавность хода роторов, обеспечивает высокую мощность и экологичность. Ее удельная мощность составляет 60-90 Г на одну лошадиную силу. Конструкция двухроторной машины допускает реверсирование и большие перегрузки, обладает свойством обратимости. Двухроторная машина может быть использована как двигатель, компрессор или насос.