РОТОРНАЯ МАШИНА
ROTARY MACHINE

Изобретение относится к роторным машинам, таким как гидравлические двигатели и насосы, которые могут применяться для работы различного вида транспорта, машин и оборудования.
Известен роторный двигатель внутреннего сгорания (патент US 3008457 А, 14.11.1961, F02B 53/00), содержащий корпус из двух жестко связанных между собой соосных овальных цилиндрических поверхностей одна в другой, каждая из которых выполнена из двух половинок круглого цилиндра, соединенных между собой плоской поверхностью по их образующей. Между двумя овальными цилиндрическими поверхностями эксцентрично по отношению к ним установлен ротор, вращающийся на жестко соединенном с ним валу. В пазы ротора установлены три поршня, совершающие одновременно вращательное движение вместе с ротором и возвратно-поворотное движение между двумя овальными цилиндрическими поверхностями. Поршни состоят из главной ножки и поперечной ноги, между которыми и внутренней поверхностью наружного овала образуется камера сгорания рабочего тела, если это устройство используется как двигатель внутреннего сгорания и камера нагнетания рабочего тела под давлением, если используется как роторная машина.
Недостатком указанного роторного двигателя внутреннего сгорания является низкий КПД преобразования энергии давления газов сгораемого рабочего тела или подаваемого рабочего тела под давлением во вращательный момент вала из-за того, что давление образуется или подается давление во внутреннюю полость поршня и очень протяженная по периметру ротора камера сгорания и в связи с чем практически не образуется усилие давления по касательной на эксцентрик эксцентрикового или коленчатого вала для создания крутящего момента и ротор расположен эксцентрично по отношению к овальным цилиндрическим поверхностям.
Задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции, уменьшение массы, получение близкой к постоянной максимальной длине плеча силы давления подаваемой рабочей среды или силы подаваемого крутящего момента вала и улучшение эффективности работы гидравлических двигателей и насосов.
Сущность изобретения роторной машины заключается в том, что она предназначена для осуществления способа преобразования энергии давления рабочего тела в энергию крутящего момента вала, т.е. для использования как гидравлические двигатели, в которых осуществляется способ преобразования возвратно-поворотного и вращательного движения поршней во вращательное движение вала и способа преобразования энергии крутящего момента вала в энергию давления рабочего тела поршнями, т.е. для использования как насосы, в которых осуществляется способ преобразования вращательного движения вала в возвратно-поворотное и вращательное движение поршней.
Роторная машина содержит ротор, соединенный с валом с возможностью совершать вращательное движение вместе с ним в центре блока поршней и основания роторной машины. Блок поршней установлен и закреплен на основании. В роторе установлены поршни, которые имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение на своих двух цилиндрических поверхностях с разными радиусами из одного центра между такими же двумя цилиндрическими поверхностями ротора с разными радиусами из одного центра, расположенными на одинаковом расстоянии от центра ротора и один от другого вперед с малым радиусом по ходу вращения ротора. Ротор с поршнями установлен между двумя расположенными одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней и основанием роторной машины. Изгибы передних наружных овальных поверхностей поршней выполнены совпадающими с изгибом овала внутренней поверхности наружного овального цилиндра блока поршней от его выпускных отверстий до малой оси блока поршней по ходу вращения ротора, и изгибы передних внутренних овальных поверхностей поршней выполнены совпадающими с изгибом овала наружной поверхности внутреннего овального цилиндра блока поршней от его выпускных отверстий до большой оси блока поршней по ходу вращения ротора. Две цилиндрические поверхности поршней выполнены с одним центром и одним диаметром, равным разнице между наружным диаметром и внутренним диаметром ротора и равным разнице расстояний от двух овальных цилиндрических поверхностей блока поршней вдоль одной оси до их цента. На наружной и внутренней овальных цилиндрах блока поршней выполнены по два впускных и по два выпускных отверстия. Поршни имеют возможность совершать вращательное движение с ротором между двумя овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней и одновременно совершать возвратно-поворотное движение между двумя цилиндрическими поверхностями ротора и образуют между внутренней поверхностью наружного овального цилиндра блока поршней и наружной поверхностью ротора четыре переменного объема камеры снаружи ротора, две камеры впуска и две камеры выпуска и между наружной поверхностью внутреннего овального цилиндра блока поршней и внутренней поверхностью ротора четыре переменного объема камеры внутри ротора, две камеры впуска и две камеры выпуска.
В роторной машине, используемой в качестве гидравлических двигателей, преобразование энергии давления рабочего тела в энергию крутящего момента вала поршнями заключается в том, что энергия подаваемого с некоторым давлением в впускные камеры через впускные отверстия рабочего тела оказывает давление на цилиндрические поверхности поршней, приводит их одновременно в возвратно-поворотное движение в роторе и вращательное движение с ротором, соединенным с валом с возможностью вращения вместе с ним, между двумя расположенными одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней и при этом энергия давления рабочего тела преобразуется в энергию крутящего момента вала. Освободившееся от энергии давления рабочее тело передними наружными и внутренними овальными поверхностями поршней вытесняется через выпускные отверстия блока поршней.
В роторной машине, используемой в качестве насосов, преобразование энергии крутящего момента вала в энергию давления рабочего тела поршнями заключается в том, что энергия крутящего момента вращающегося вала, соединенного с ротором с возможностью вращения вместе с ним с установленными в нем поршнями, приводит поршни одновременно в возвратно-поворотное движение в роторе и вращательное движение между двумя расположенными одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальными цилиндрическими поверхностями блока поршней, при этом поршни своими цилиндрическими поверхностями всасывают рабочее тело в камеры всасывания, последующие поршни сжимают и вытесняют их своими передними наружными и внутренними овальными поверхностями с высокой энергией давления через выпускные отверстия блока поршней.
На чертежах фиг. 1 и фиг 2 соответственно показаны вертикальный и горизонтальный разрезы роторной машины.
Роторная машина содержит ротор 1, соединенный с валом 2 с возможностью совершать вращательное движение вместе с ним в центре блока поршней 4 и основания роторной машины 5. Блок поршней установлен и закреплен на основании 5. В роторе 1 установлены поршни 3, которые имеют возможность совершать возвратно-поворотное движение на своих двух цилиндрических поверхностях 6 и 7 с разными радиусами R1 и R2 из одного центра, между такими же двумя цилиндрическими поверхностями 14 и 15 ротора с разными радиусами R1 и R2 из одного центра, расположенными на одинаковом расстоянии от центра ротора и один от другого вперед с малым радиусом R1 по ходу вращения ротора. Ротор с поршнями установлен между двумя расположенными одна в другой соосно с равными фокусными расстояниями овальными цилиндрическими поверхностями 12 и 13 блока поршней 4 и основанием 5 роторной машины. Изгибы передних наружных овальных поверхностей 16 поршней выполнены совпадающими с изгибом овала внутренней поверхности 12 наружного овального цилиндра 10 блока поршней от его выпускных отверстий 20 и 21 до малой оси блока поршней по ходу вращения ротора, и изгибы передних внутренних овальных поверхностей 17 поршней выполнены совпадающими с изгибом овала наружной поверхности 13 внутреннего овального цилиндра 11 блока поршней от его выпускных отверстий 24 и 25 до большой оси блока поршней по ходу вращения ротора. Две цилиндрические поверхности 26 и 27 поршней выполнены с одним центром и одним диаметром Д, равным разнице между наружным диаметром 8 и внутренним диаметром 9 ротора и равным разнице расстояний от двух овальных цилиндрических поверхностей блока поршней вдоль одной оси до их цента. На наружной 10 и внутренней 11 овальных цилиндрах блока поршней выполнены по два впускных 18, 19 и 22, 23 и по два выпускных 20, 22 и 24, 25 отверстия. Поршни имеют возможность совершать вращательное движение с ротором между двумя овальными цилиндрическими поверхностями 12 и 13 блока поршней и одновременно совершать возвратно-поворотное движение между двумя цилиндрическими поверхностями 6 и 7 ротора и образуют между внутренней поверхностью наружного овального цилиндра блока поршней и наружной поверхностью ротора четыре переменного объема камеры 28, 29, 30 и 31 снаружи ротора, две камеры впуска 28 и 30 и две камеры выпуска 29 и 31 и между наружной поверхностью внутреннего овального цилиндра блока поршней и внутренней поверхностью ротора четыре переменного объема камеры 32, 33, 34 и 35 внутри ротора, две камеры впуска 32 и 34 и две камеры выпуска 33 и 35.
Роторная машина работает следующим образом. В начале работы роторной машины исходное положение ротора 1 может быть любым. При подаче рабочего тела с некоторым давлением во впускные камеры 28, 30, 32 и 34 через впускные отверстия 18, 19, 22 и 23 давление рабочего тела оказывает давление на цилиндрические поверхности 15, 26 и 27 поршней 3. Поршни от давления рабочего тела совершают одновременно возвратно-поворотное движение в роторе 1 и овальными цилиндрическими поверхностями 12 и 13 блока поршней и вращательное движение вместе с ротором и при этом энергия давления рабочего тела преобразуется во вращательный момент вала 2, после достижения и прохождения поршнями выпускных отверстий 20, 21, 24 и 25 рабочее тело освобождается от давления и вытесняется из выпускных камер 29, 31, 33 и 35 передними наружными 16 и внутренними 17 овальными поверхностями поршней в случае использования роторной машины в качестве гидравлического двигателя, а в случае использования роторной машины в качестве насоса подаваемый на вал 2 крутящий момент вращает вал вместе с ротором и установленными в нем поршнями и одновременно поршни совершают возвратно-поворотное движение в роторе и между овальными цилиндрическими поверхностями 16 и 17 блока поршней, поршни при движении своими цилиндрическими поверхностями 15, 25 и 27 всасывают рабочее тело во впускные камеры 28, 30, 32 и 34 через впускные отверстия 18, 19, 22 и 23, после прохождения последующими поршнями впускных отверстий впускные камеры становятся выпускными камерами 29, 31, 33 и 35, вращательный момент вала преобразуется в энергию давления рабочего тела и рабочее тело вытесняется через выпускные отверстия 20, 21, 24 и 25 с высоким давлением.
Обозначения на чертежах:
1 - ротор;
2 - вал;
3 - поршень;
4 - блок поршней;
5 - основание роторной машины;
6 - цилиндрическая поверхность ротора с малым радиусом R1;
7 - цилиндрическая поверхность ротора с большим радиусом R2;
8 и 9 - наружный и внутренний диаметры ротора;
10 - наружный овальный цилиндр блока поршней;
11 - внутренний овальный цилиндр блока поршней;
12 - внутренняя поверхность наружного овального цилиндра блока поршней;
13 - наружная поверхность внутреннего овального цилиндра блока поршней;
14 - передняя цилиндрическая поверхность поршня с малым радиусом R1;
15 - задняя цилиндрическая поверхность поршня с большим радиусом R2;
16 - передняя наружная овальная поверхность поршня;
17 - передняя внутренняя овальная поверхность поршня;
18 и 19 - впускные и 20 и 21 выпускные отверстия наружного овального цилиндра блока поршней;
22 и 23 - впускные и 24 и 25 - выпускные отверстия внутреннего овального цилиндра блока поршней;
26 и 27 - две цилиндрические поверхности поршня с одним диаметром Д и одним центром;
28, 30 - впускные и 29, 31 выпускные камеры снаружи ротора;
32, 34 - впускные и 33, 35 выпускные камеры внутри ротора;