РОТОРНАЯ МАШИНА
ROTARY MACHINE

Изобретение относится к объемным роторно-поршневым машинам и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора или насоса.
Известен роторный двигатель, содержащий корпус с цилиндрической расточкой, соосно установленное в нем в опорах вращения цилиндрическое статорное кольцо и эксцентрично установленный ротор с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них разделительными пластинами, имеющими возможность радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер (см. описание изобретения к патенту №2099556 Российской Федерации, МПК F01C 1/39, опубл. 20.12.97).
Низкая надежность работы указанного двигателя обусловлена
- резким повышением давления в момент вспышки рабочей смеси в такте «рабочий ход», приводящим к заклиниванию лопаток;
- недостаточным уплотнением между плоскими поверхностями наружного кольца и плоскими поверхностями концов лопаток, приводящим к прорыву газов;
- большой динамической неуровновешанностью работы двигателя за счет выступающих концов лопаток от центра вращения при их большой массе.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является роторная машина, содержащая полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса полый ротор с диаметрально расположенными сквозными пазами и размещенные в них лопатки, коленчатый вал силового механизма, снабженный дополнительными коленчатыми валами, установленными с возможностью вращения, кривошипы которых параллельны, направлены в одну сторону и связаны кинематически с отверстиями в лопатке, при этом коленчатые валы установлены соосно с полостью корпуса внутренним барабаном с торцевыми стенками, в которых выполнены отверстия, расположенные попарно-симметрично относительно оси барабана, дополнительно содержит синхронизирующий механизм, включающий зубчатые колеса, установленные на опорных шейках коленчатых валов и кинематически связанные с центральным зубчатым колесом, неподвижно установленным на корпусе (см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1518550 А1, МПК F01C 1/00, F02B 53/00, опубл. 30.10.1989 г.). Недостатками известной роторной машины являются:
- низкая надежность работы, обусловленная наличием пульсирующих динамических нагрузок при высоких оборотах, приводящих к износу шестерен синхронизирующего механизма;
- сложная конструкция, обусловленная наличием дополнительных коленчатых валов и барабана, в котором расположены эти коленчатые валы, на шейках которых установлены лопатки, а также наличием синхронизирующего механизма, установленного на внутреннем барабане с торцевыми стенками.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции, улучшение эксплутационных характеристик и повышение надежности работы.
Сущность технического решения заключается в том, что в роторной машине, содержащей полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса ротор, лопатки, кинематически связанные с установленным в корпусе внутри коленчатым валом, ротор выполнен в виде диска, во взаимно перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, оси вращения которых расположены на образующей конхоиды, а ось вращения ротора расположена в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, при этом каждая пара лопаток снабжена уплотнительными пластинами и ленточными пружинами, установленными на концах лопаток.
Выполнение ротора в виде диска, во взаимно-перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, исключает установку дополнительных коленчатых валов и синхронизирующего механизма, обеспечивая тем самым упрощение конструкции и повышение надежности работы роторной машины.
Расположение осей вращения мотылевых шеек на образующей конхоиды обеспечивает вращение и продольное перемещение лопаток вдоль направляющих ротора, в результате чего концы лопаток перемещаются по конхоиде, что обеспечивает термодинамические такты сжатия и расширения, упрощает конструкцию и повышает надежность в работе.
При расположении оси вращения ротора в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, происходит совпадение ее с центром окружности ротора, что обеспечивает динамическую уравновешенность работы роторной машины, выполняя при этом роль маховика, сглаживающего неравномерность крутящего момента роторной машины.
Снабжение каждой лопатки уплотнительной пластиной и ленточной пружиной, установленных на концах лопаток, обеспечивает контактное уплотнение между лопатками и рабочей поверхностью корпуса, снижает утечку газов через зазоры, повышая тем самым надежность работы машины.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана роторная машина, поперечный разрез по А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема движения лопаток.
Роторная машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, выполненный из полой части 1, образующая которого выполнена по конхоиде, близкой по форме к окружности, и двух боковых частей 2, 3, соединенных между собой болтовыми соединениями 4, расположенными по окружности корпуса. Внутри полой части 1 корпуса эксцентрично установлен ротор 5, выполненный в виде диска и имеющий диаметрально расположенные пазы 6, 7, в которых размещены лопатки 8, 9, установленные во взаимно перпендикулярных направляющих 10, 11 на мотылевых шейках 12, 13 коленчатого вала 14, имеющего опорные шейки 15, 16. Ротор 5 закреплен на промежуточных втулках 17, 18 с каждой стороны восемью силовыми и центрирующими болтами 19. Втулки 17, 18 установлены на подшипниках 20, 21 скольжения в боковых частях 2, 3. Коленчатый вал 14 опорными шейками 15, 16 установлен в подшипниках скольжения 22, 23, смонтированных в крышках 24, 25, которые посредством болтов 26 крепятся к боковым частям 2, 3. Каждая пара лопаток 8, 9 снабжена уплотнительными пластинами 27 и ленточными пружинами 28, установленными на концах лопаток. Лопатки снабжены торцевыми уплотнениями, выполненными в виде боковых пластин 29 и пружин 30, а каждая внутренняя поверхность боковых частей 2 и 3 корпуса - уплотнениями, выполненными в виде колец с ленточными гофрированными пружинами (на чертежах не показаны).
В коленчатом валу 14 выполнены отверстия 32, посредством которых производится смазка трущихся поверхностей.
В полой части 1 и боковых частях 2, 3 корпуса выполнены отверстия 33 для ввода охлаждающей жидкости и отверстия 34 для выхода охлаждающей жидкости, которые используются для охлаждения роторной машины при ее работе.
В канавках ротора 5 располагаются уплотнительные пластины 35, поджимаемые гофрированными ленточными пружинами (на чертежах не показаны), а в канавках боковых частей - уплотнительные кольца 36 с ленточными гофрированными пружинами (на чертежах не показаны).
Роторная машина работает следующим образом.
1
Через впускные продувочные окна 37 под действием избыточного давления от вентилятора (не показан) продувочный воздух очищает от отработавших газов и заполняет рабочий объем внутренней полости. Далее воздух сжимается. В момент его сжатия через форсунку 38 впрыскивается топливо с опережением до максимального сжатия рабочей смеси от свечи зажигания 39, смесь воспламеняется и происходит такт расширения (рабочий ход), при котором давление рабочих газов, действуя на выступающие из ротора части лопаток 8, 9, создает крутящий момент, который передается на ротор 5 и заставляет его вращаться, при этом лопатки имеют сложное движение: середина лопаток перемещается по образующей окружности радиусом с центром O и одновременно центры лопаток поворачивают мотылевые шейки 12, 13 коленчатого вала 14, которые, воздействуя на лопатки 8, 9, перемещают их вдоль оси с центром, совпадающим с центром О вращения ротора, расположенного в точке «Полюс» образующей окружности конхоиды, а концы лопаток перемещаются по конхоиде, копируя образующую внутренней поверхности полой части 1 корпуса (см. фиг.3). За один оборот выходного вала происходит четыре рабочих хода. Процессы сжатия и расширения сопровождаются при увеличении давления газов уменьшением рабочей высоты лопаток 8, 9, а при уменьшении давления - увеличением их высоты, поэтому нет резких изменений усилий, а вращающийся ротор 5 выполняет роль маховика, сглаживающего неравномерность крутящего момента двигателя. После открывания лопатками 8, 9 выпускных окон 40 отработавшие газы удаляются. Позиция 41 показывает поверхность соприкосновения уплотнительных колец 36 с ротором 5. Слив отработанного масла производится посредством отверстий 42.
Применение заявляемого изобретения позволит упростить конструкцию, снизить удельный вес (отношение веса к мощности в лошадиных силах), повысить надежность работы за счет хорошей динамической уравновешенности, уменьшить удельный расход топлива за счет улучшения полноты сгорания, чему способствует отсутствие остаточных газов в камере сгорания, а также за счет того, что степень расширения газов значительно выше степени сжатия, меньших механических потерь на трение и утечки газа через уплотнения при больших оборотах, уменьшить количество токсичных веществ, таких как окись углерода и окись азота, увеличить ресурс работы за счет дополнительного охлаждения концов лопаток в дополнение к охлаждению топливовоздушной смесью, продувочным воздухом.