РОТОРНО-ПЛАСТИНЧАТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с вращающимися роторами.
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.
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 ротационный двигатель по авторскому свидетельству СССР №1183691, который содержит корпус с овальной полостью, в которую помещен наружный ротор с радиальными прорезями. В прорезях наружного ротора размещены пластины, на внутреннем конце которых закреплены поршни. На одной оси с наружным ротором размещен внутренний ротор, в котором выполнены цилиндры и в цилиндрах размещены поршни. В цилиндрах и в корпусе выполнены впускные и выпускные окна, также в корпусе выполнены пазы для возвратно-поступательного перемещения пластин вместе с поршнями в радиальном направлении. Пластины в полости корпуса образуют рабочие камеры между стенками корпуса и наружного ротора. При работе ротационного двигателя свежий воздух поступает в цилиндры и после сжатия направляется в камеру сгорания, в которой происходит сгорание топлива. Рабочее тело по каналу из камеры сгорания поступает в рабочие камеры. Разность давления в рабочих камерах вызывает вращение наружного и внутреннего ротора.
Недостатком прототипа является низкая надежность, поскольку соединение пластин с поршнем может вызвать перекашивание и заклинивание поршня в цилиндре двигателя при смещении движения пластин в сторону от радиального направления.
Задачей настоящей полезной модели является создание двигателя, обладающего высокой надежностью за счет отсутствия воздействия пластин на поршни.
Поставленная задача решается тем, что роторно-пластинчатый двигатель состоит из корпуса с полостью, в которую помещен наружный ротор, снабженный радиальными прорезями. В прорезях размещены пластины, образующие между стенками корпуса и наружного ротора рабочие камеры переменного объема, сообщающиеся с камерой сгорания. Также в наружном роторе выполнены цилиндры, в которые помещены поршни. Кроме того, в полости наружного ротора размещен внутренний ротор, ось которого параллельна и смещена относительно оси наружного ротора. Причем, радиальные прорези с помещенными в них пластинами размещены в наружном роторе между цилиндрами в окружном направлении.
На Фиг. 1 изображен роторно-пластинчатый двигатель.
На Фиг. 2 изображено сечение А-А данного двигателя.
Роторно-пластинчатый двигатель на Фиг. 1 и 2 содержит корпус 1, в полости корпуса, размещен наружный ротор 2. В полости 3 наружного ротора размещен внутренний ротор 4. Ось 5 внутреннего ротора выполнена параллельно и со смещением относительно оси 6 наружного ротора. Буквой В обозначено смещение между осями. В наружном роторе выполнены цилиндры 7 внутреннего яруса и цилиндры 8 внешнего яруса, в которых размещены поршни 9 внутреннего яруса и поршни 10 внешнего яруса с возможностью перемещения в радиальном направлении. Радиальные прорези для пластин 11 размещены в наружном роторе между цилиндрами. Пластины делят полость корпуса в окружном направлении на рабочие камеры 12. Каждая рабочая камера ограничена в окружном направлении пластинами, в радиальном направлении стенками наружного ротора и корпуса двигателя и в осевом направлении ограничена боковыми стенками корпуса. Пластины соединены со стержнями 13, которые шарнирно соединены с шатунами 14. Радиальные прорези выполнены с возможностью свободного радиального перемещения пластин и стержней. К каждому поршню крепятся в радиальном направлении штоки 15, которые соединяют между собой поршни внутреннего и внешнего яруса через отверстия, выполненные в стенках цилиндров с возможностью сохранения герметичности. Для сохранения герметичности предусмотрены также наружные направляющие элементы 16, установленные между цилиндрами внутреннего и внешнего яруса и внутренние направляющие элементы 17, установленные на внутренней стенке каждого цилиндра внутреннего яруса. К каждому внутреннему штоку 18 посредством шарнирных соединений 19 присоединен шатун 20. Свободным концом шатуны для стержней и для внутренних штоков посредством шарнирных соединений 21 прикреплены к внутреннему ротору. (Шатуны для стержней и для внутренних штоков на чертеже изображены одинаково). В корпусе выполнены впускные окна 22, 23 для цилиндров внутреннего яруса и впускные окна 24, 25 для цилиндров внешнего яруса. Также в корпусе выполнены выпускные окна 26, 27 для сжатого воздуха в цилиндрах внутреннего яруса и выпускные окна 28, 29 для сжатого воздуха в цилиндрах внешнего яруса. К каждому выпускному окну присоединен трубопровод 30 для сжатого воздуха, к которому присоединен ресивер 31. В выхлопном патрубке 32 размещен регенератор 33, входной конец которого соединен с ресивером, и выходной конец соединен с камерой сгорания 34. Для предотвращения утечек из камеры сгорания служат уплотнения 35. В радиальных прорезях наружного ротора размещены уплотнения 36 для пластин, которые выполнены с возможностью обеспечения свободного прохода пластин. Также в радиальных прорезях наружного ротора размещены наружные направляющие элементы 37 для пластин и внутренние направляющие элементы 38 для стержней. Направляющие элементы выполнены с возможностью обеспечения свободного прохода пластин и стержней. Стрелка T показывает направление движения рабочего тела из камеры сгорания данного двигателя. Стрелка М показывает направление вращения роторов. Трубопровод сжатого воздуха соединен трубопроводом 39 посредством задвижки 40 с потребителем сжатого воздуха, (на чертеже не показан). В каждом цилиндре внутреннего яруса (Фиг. 2) выполнены окна 41, 42 и в цилиндрах внешнего яруса выполнены окна 43, 44 для подвода свежего воздуха в цилиндры. Эти окна также служат для отвода сжатого воздуха из цилиндров. Наружный и внутренний ротор размещен в корпусе двигателя на подшипниках 45.
Роторно-пластинчатый двигатель работает следующим образом. В камере сгорания 34 осуществляется сгорание топлива, рабочее тело поступает по стрелке Т в рабочие камеры 12, размещенные в полости корпуса 1. Разность давлений в рабочих камерах вызывает вращение наружного ротора 2 по стрелке М. Вращение осуществляется благодаря действию пластин 11 на наружные направляющие элементы 37 и действию стержней 13 на внутренние направляющие элементы 38.
Поскольку контакт происходит вдали от проточной части, температура в местах контакта сравнительно невысока, что повышает надежность работы двигателя. В результате вращения наружного ротора происходит увеличение объема рабочих камер, и давление в рабочих камерах, снижается. Совокупность всех рабочих камер в зоне расширения рабочего тела составляет проточную часть двигателя. Смещение В осевой линии 6 наружного ротора относительно осевой линии 5 внутреннего ротора 4 вынуждает поршни 9 внутреннего яруса в цилиндрах 7 внутреннего яруса и поршни 10 внешнего яруса в цилиндрах 8 внешнего яруса совершать возвратно поступательное движение посредством шатунов 20 и шарнирных соединений 19 шатунов со внутренними штоками 18, а также с помощью шарнирных соединений 21 шатунов с внутренним ротором. Поступление воздуха в цилиндры осуществляется через впускные окна в корпусе двигателя для цилиндров внутреннего яруса это впускные окна 22 и 23, для цилиндров внешнего яруса это впускные окна 24 и 25 в корпусе. В каждом цилиндре внутреннего яруса выполнены окна 41, 42 и в цилиндрах внешнего яруса выполнены окна 43, 44 для подвода свежего воздуха в цилиндры, которые также служат окнами для отвода сжатого воздуха (Фиг. 2). Во время работы данного двигателя в каждом цилиндре происходит подвод свежего воздуха в одну половину цилиндра и сжатие воздуха в другой половине цилиндра. Сжатый воздух выходит из цилиндров при контакте окон в цилиндре с выпускными окнами 26, 27, выполненными в корпусе для цилиндров внутреннего яруса и с выпускными окнами 28, 29, выполненными в корпусе для цилиндров внешнего яруса. Сжатый воздух через трубопровод 30 и ресивер 31 поступает в регенератор 33, установленный в выхлопном патрубке 32. Из регенератора воздух поступает в камеру сгорания, куда подается топливо, и продукты сгорания направляются в проточную часть двигателя. Для предотвращения утечек из камеры сгорания служат уплотнения 35, для предотвращения утечек из проточной части служат уплотнения 36. Для подачи сжатого воздуха потребителю на трубопроводе 39, который связан с потребителем сжатого воздуха, открывают задвижку 40.
В данном двигателе, как и в прототипе, вращение ротора осуществляется за счет давления рабочего тела на пластины. Но в прототипе пластины соединены с поршнем, что может вызвать перекашивание и усиленный износ поршня в цилиндре при смещении движения пластин в сторону от радиального направления. В данном двигателе пластины и поршни механически не связаны между собой, что повышает надежность двигателя. Кроме того контакт пластин с ротором осуществляется в наружных и внутренних направляющих элементах, которые размещены в стороне от проточной части двигателя в зоне сравнительно низких температур, что также увеличивает надежность роторно-пластинчатого двигателя.
Размещение пластин в наружном роторе между цилиндрами представлено в двигателе, в котором цилиндры размещены в двухъярусном исполнении, такой двигатель обладает высокой мощностью, но подобное размещение пластин предусмотрено и в двигателях с одним ярусом цилиндров.