ПЕТЛЕВАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)
LOOP MACHINE (VERSIONS)

Содержание разделов описания изобретения.
1. Область техники, к которой относится изобретение.
2. Уровень техники.
3. Раскрытие изобретения.
Суть изобретения.
Задача и ожидаемый технический результат.
Сущность изобретения в совокупности признаков.
4. Краткое описание чертежей.
5. Осуществление изобретения.
Описание петлевой машины в статике и в динамике.
Применение по определенному назначению.
Формула изобретения.
Реферат.
Найденные патенты, аналогичные теме изобретения:
Патенты US 4061449, 1977; US 4090825, 1978; US 4093408, 1978.
Патент DE 2601533, 1976.
Патенты FR 2300214, 1976; FR 2297998, 1976; FR 2294321, 1976; FR 2294322, 1976.
Патенты GB 1492888, 1977; GB 1492890, 1977; GB 1499061, 1978; GB 1535881, 1978.
Патент JP 54-34086 В2, 1979.
Патент RU №2096637, 1997; RU №2139997, 1999; RU №2205274, 2003.
Заявки RU №2006119771, 2007; RU №2006102786, 2008.
Графические изображения
Фигура 1, Фигура 2, Фигура 3, Фигура 4, Фигура 5, Фигура 6, Фигура 7, Фигура 8, Фигура 9, Фигура 10, Фигура 11, Фигура 12, Фигура 13, Фигура 14, Фигура 15, Фигура 16, Фигура 17, Фигура 18, Фигура 19, Фигура 20.
1. 3.2.4.1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области машиностроения, энергетики и транспорта и может быть преимущественно использовано в качестве прямого, с большим крутящим моментом, низкооборотного привода или движителя, с возможностью вращения с минимальной скоростью менее чем от одного оборота в минуту, а также и для торможения. Изобретение предназначено для возможного применения на тяжелых транспортных средствах и энергетических установках и также в составе двигателя внутреннего или внешнего сгорания, желательно с отдельной камерой горения, в том числе и для вертолетов с возможно складывающимися внутри, вдоль главной оси, лопастями и также в паровых и пневмодвигателях, компрессорах, редукторах и вакуумных насосах, детандерах и вариаторах, и в качестве сцепления, обеспечивающего передачу значительных крутящих моментов, а также в качестве вспомогательного устройства (машины с малыми габаритными размерами) всех вышеперечисленных позиций, где не требуется использование больших крутящих моментов.
2. 3.2.4.2. Уровень техники.
Известна выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания роторная объемная машина, содержащая тороидальный корпус, размещенный коаксиально к последнему тороидальный ротор, на периферии которого выполнены спиральные канавки, и расположенный в осевой плоскости затвор, взаимодействующей со спиральными канавками ротора с вращением, при этом на корпусе выполнены впускное и выпускное окна, расположенные по разные стороны от затвора и сообщающиеся со спиральными канавками ротора.
Патент RU №2096637, кл. F02В 53/00, приоритет от 12.05.1995, опубликовано 20.11.1997).
Недостатком указанной роторной объемной машины является передача крутящего момента вращения ротора через промежуточное звено, расположенное перпендикулярно вращению ротора, что не позволяет передать значительный крутящий момент. Центр приложения силы давления к поршню образует плечо силы относительно движущейся опоры поршня, что отрицательно сказывается на работоспособности машины, на ее рабочем ресурсе и возможности герметизации цилиндров.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности изобретению является принятая за прототип известная из публикации тор-машина. Тор-машина (объемная машина) представляет собой тороид вращения, разделенный по диаметру, параллельно главной оси вращения, на ротор и статор. Наружная часть предполагается ротором, внутренняя статором. Ротор состоит из двух частей: внешней и внутренней, разделенных ползунами, зафиксированных на статоре. Части ротора синхронизированы за счет возможного взаимодействия зубчатых гантелей, закрепленных в ползунах с возможностью вращения, с зубчатыми венцами, расположенными на частях ротора. В участках ротора, прилегающих к ползунам, выполнены цилиндры, закрученные вокруг круговой оси тороида. Ползуны делят цилиндры ротора на равные поперечные сечения. В цилиндрах ротора с возможностью движения вокруг круговой оси и с возможностью прохода своими торцами между ползунами перемещаются поршни. Центр приложения возможной силы давления рабочего тела на поршни расположен в закрученных цилиндрах и не выходит за границу торцов ползунов, и поэтому крутящий момент тор-машины создается только относительно опоры, находящейся на торцах ползунов. Относительно статора поршни имеют возможность двигаться только по круговой траектории с центром на круговой оси тороида. В статоре поршни имеют возможность движения по полукольцевому каналу, обеспечивающему за счет сопряжения элементов разделение входа и выхода рабочего тела. Формой профилей ползунов, сопряженных с границей цилиндров ротора, возможно изменять при возможном движением поршней с возможным вращением ротора объемы рабочего тела, имеющие возможность перемещения и находящиеся в цилиндрах между поршнями.
Опубликовано в журнале:
"Компрессорная техника и пневматика", 1999 г., №3-4(22-23), стр.46-52, ISSN 0869-5865, статья: Использование траектории движения по фигуре Мебиуса в компрессорной технике и двигателестроении.
Недостатки прототипа:
1. Наличие дополнительных вспомогательных элементов.
2. Цилиндры ротора, состоящие из двух частей.
3. Наличие двух сопряженных криволинейных поверхностей сложной формы.
4. Отношение рабочего объема тор-машины к общему не превышает 30%.
5. Высокая технологическая сложность решения уплотнений.
3.2.4.3.(1) Сведения, раскрывающие сущность изобретения.
Сущность изобретения заключена в возможности создания взаимодействия трех элементов (статора, ротора и поршней) с возможностью взаимного вращения двух элементов (ротора и поршней) по круговой и главной осям относительно третьего элемента (статора) для возможного использования или получения энергии возможного крутящего момента относительно главной оси возможного вращения.
Признаками формулы заявленного изобретения с названием «ПЕТЛЕВАЯ МАШИНА (варианты)» являются следующие:
Петлевая машина содержит статор, ротор и не менее чем один поршень.
Петлевая машина возможно обратимо преобразует энергию давления рабочего тела (в виде жидкости или сжимаемой среды).
В петлевой машине возможно вращение рабочего органа за счет возможности взаимного вращения и движения элементов при их возможном взаимодействии.
В петлевой машине возможно движение поршней относительно ротора по закрученной траектории.
Объем рабочего тела, заключенный между двумя любыми поршнями при возможности их движения, может изменяться.
Петлевая машина содержит условно названный статор, имеющий возможность быть ротором.
Рабочая поверхность статора образована возможным радиальным вращением границы части поверхности вращения на главной оси.
Центр поверхности вращения расположен в поверхности вращения и на круговой оси.
В рабочей поверхности статора расположена не менее чем одна круговая выемка, образованная в рабочей поверхности от поверхности вращения,
Петлевая машина содержит условно названный ротор, установленный в рабочую поверхность статора с возможностью вращения, с закрученной вокруг круговой оси не менее чем одной петлевой рабочей полостью.
Петлевая рабочая полость предназначена для возможного движения при возможности вращения не менее чем одного поршня с уплотнением, с возможностью скольжения и опорой по круговой выемке статора стороны поверхности поршня.
Петлевая рабочая полость разделена, как минимум, одной концентричной с главной осью выемкой, образующей с рабочей поверхностью статора не менее чем один цилиндр с уплотнением (герметизацией).
Петлевая рабочая полость имеет, как минимум, одну границу возможной зоны входа и выхода рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды.
Вывод или/и ввод возможного усилия вращения осуществляется не менее чем с одной стороны.
Имеется возможность изменения усилия прижима уплотнения каждого поршня и/или его части при возможности движения поршня с возможностью вращения.
Петлевая машина возможно имеет условно названное буферное уплотнение, которое расположено в не менее чем одном участке рабочей поверхности статора, отделенном поршнями и участком ротора.
3.2.4.3.(1.2.) Задача с ожидаемым техническим результатом.
В основу изобретения положена задача разработать устройство, способное быть частичной альтернативой кривошипно-шатунного механизма и его аналогам в некоторых областях техники. Задача заключается в расширении арсенала технических средств и раскрытии принципов построения устройства, предназначенного для возможного равномерного, обратимого и регулируемого преобразования энергии давления рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды в возможное вращение рабочего органа, при возможности использования не менее чем одного участка термодинамического цикла за счет возможности взаимного и непрерывного вращения элементов при их взаимодействии с возможной скоростью вращения ротора от менее одного оборота в минуту с минимально возможным количеством элементов, и максимально возможным удельным крутящим моментом.
При решении этой задачи были также получены следующие результаты: разработан принцип построения уплотнений с возможностью компенсации возможно изменяющихся центробежных сил и сил Кориолиса, и условно названное буферное уплотнение, а также уменьшено до трех (статор, ротор, поршень) количество основных элементов, участвующих в работе. При этом центр приложения силы, возможно создающий крутящий момент (момент силы, создающий возможное вращение), возможно, не выходит из зоны опоры поршня (поршней) в статоре.
В ходе решения задачи выявлена возможность последовательного, параллельного и смешанного объединения петлевых машин элементами вращения и объемами цилиндров, а также в связи с возможностью отсутствия ударных нагрузок при возможном движении замкнутого объема рабочего тела по цилиндру возможно изготовление петлевой машины из материала, основным показателем которого будет твердость.
От прототипа петлевая машина отличается следующим.
Статор отличается наличием рабочей полости.
Ротор отличается тем, что установлен в рабочую поверхность статора и состоит из одной части.
Петлевая поверхность отличается тем, что закручена по поверхности ротора и расположена близко к круговой оси.
Отличается цилиндром, образованным рабочей поверхностью статора с петлевой поверхностью ротора и концентрической с главной осью выемкой.
Отличается границей разделения входа и выхода, находящейся по концентрической с главной осью выемке.
Отличается тем, что сила возможного вращения ротора передается сквозь статор.
Отличается наличием кругового паза (пазов) в рабочей полости статора для установки и уплотнения поршня (поршней).
Отличается возможностью буферного уплотнения.
Отличается зоной расположения возможного создания крутящего момента.
Отличается меньшим количеством элементов.
Отличается возможностью компенсации центробежных сил и сил Кориолиса.
Отличия прототипа от петлевой машины.
Статор образован внутренней частью половины тороида.
Ротор установлен на поверхность статора.
Рабочая полость образована в частях ротора, разделенных ползунами.
Граница, разделяющая вход и выход рабочего тела, образована поверхностью статора.
Поршни расположены между ползунами, в частях ротора и в статоре.
Поршни имеет форму, близкую к цилиндру.
Крутящий момент создается в центрах опоры поршней, на торцах ползунов.
Количеством элементов.
Совокупными признаками, объединяющими разработки, являются следующие:
Ротор, статор, поршень.
Сила возможного вращения или торможения передается ротором или статором.
Замкнутый объем рабочего тела в цилиндре, с возможностью его перемещения и изменения или неизменного при возможном вращении ротора, служит для возможности создания любого участка термодинамического цикла или участков.
Петлевая машина имеет возможность передавать, принимать, тормозить, изменять направление вращения и регулировать силу крутящего момента и возможной скорости вращения при возможном воздействии рабочего тела не только ротором, но и статором.
Смазка петлевой машины осуществляется по площади соприкосновения имеющих возможность движения относительно друг друга элементов.
Возможные угловые скорости возможного вращения элементов относительно круговой и главной оси функционально (линейно) зависимы.
Максимальный крутящий момент зависит от способности материала, используемого при изготовлении, к минимально возможной деформации при циклично изменяемой и постоянной нагрузке.
Максимальная скорость вращения ротора зависит от габаритных размеров. (Нежелательно превышение линейной скорости по поверхности трения выше двадцати метров в секунду, что способствует возможному свариванию металлических поверхностей.)
Каждый элемент, при возможной работе машины, выполняет от трех и более функций.
Технический результат заключается в расширении арсенала применяемых технических средств и возможности создания устройства для возможного равномерного регулируемого и обратимого преобразовании энергии рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды в возможное вращение рабочего органа, с высокой нагрузочной способностью, со скоростью возможного вращения от менее одного оборота в минуту и возможностью создания на основе петлевой машины базовых механизмов.
3.2.4.3.(1.1.) Сущность как совокупность технических признаков
Петлевая машина, содержащая статор, ротор и поршни, предназначенная для возможного обратимого преобразования энергии давления рабочего тела (в виде жидкости или сжимаемой среды) в возможное вращение рабочего органа за счет возможности взаимного вращения и движения элементов при их возможном взаимодействии и с возможностью движения поршней относительно ротора по закрученной траектории, в которой объем рабочего тела, заключенный между двумя любыми поршнями при возможности их движения, может изменяться, отличающаяся тем, что содержит условно названный статор, имеющий возможность быть ротором, с рабочей поверхностью, образованной возможным радиальным вращением границы части поверхности вращения на главной оси, с центром в поверхности вращения, расположенным на круговой оси, и с не менее чем одной круговой выемкой, образованной в рабочей поверхности от поверхности вращения.
Условно названный статор, имеющий возможность быть ротором, с возможностью вращения имеет внутреннюю рабочую поверхность в виде кольца, с одинаковым радиальным сечением по его окружности, образованным возможным радиальным вращением границы части поверхности вращения, и является местом для установки ротора с возможностью вращения на главной оси. Часть границы поверхности вращения, при возможном радиальном вращении на главной оси, соответствует с возможной точностью рабочей поверхности ротора, при этом центр в поверхности вращения расположен на круговой оси. Не менее чем одна круговая выемка в рабочей поверхности статора образована с достаточной точностью от поверхности вращения. Круговая выемка, предназначенная для установки не менее чем одного поршня, с достаточной точностью соответствует профилю поршня, с заданной формой и размером, с возможностью движения по поверхности вращения вокруг круговой оси, с возможной изменяемой силой прижима уплотнений, при возможном действии рабочего тела, для возможности компенсации центробежных сил. Компенсировать возможную центробежную силу, при возможном действии на поршни, возможно за счет формы поверхности вращения (кривизны или/и конусности) и/или наклона оси поверхности вращения, исходящего из центра на круговой оси. Поверхность вращения является границей возможного взаимодействия элементов петлевой машины. Наружная поверхность статора, ее вид, зависит от назначения и технологии изготовления. Изготовление всех элементов петлевой машины, с возможным исключением кромок уплотнений поршней, желательно из одного и того же материала, для соблюдения равенства коэффициентов объемного расширения, что дает возможность исключить заклинивание элементов, и изменение зазоров, при возможности одинакового изменения температуры взаимодействующих частей. Материал, желательно используемый при изготовлении петлевой машины, должен иметь повышенную твердость, например керамика, виды стекла, каленая сталь, чугун. Эти материалы рекомендованы вследствие возможности отсутствия ударных нагрузок при возможной работе петлевой машины. Статор рекомендуется теплоизолировать от внешней среды, желательно теплоизолирующим материалом с названием твердый дым. (Материал разработан в лаборатории реактивного движения НАСА на основе диоксида кремния и на данный момент является лучшим из известных теплоизолирующих материалов.)
Условно названный ротор, установленный в рабочую поверхность статора с возможностью вращения, с закрученной вокруг круговой оси не менее чем одной петлевой рабочей полостью, предназначенной для возможного движения при возможности вращения не менее чем одного поршня с уплотнением, с возможностью скольжения и опорой по круговой выемке статора стороны поверхности поршня.
Условно названный ротор, имеющей возможность быть статором, с формой, соответствующей рабочей поверхности статора, установлен в рабочую поверхность статора с возможностью вращения с зазорами, учитывающими уплотнение (герметизацию) и смазку. На поверхности ротора, вокруг круговой оси, закручена, как минимум, одна петлевая рабочая поверхность. Петлевая рабочая поверхность образована по части поверхности вращения для возможности вращения ротора за счет крутящего момента возможной результирующей силы на проекцию площади петлевой рабочей полости, и не менее чем одного поршня при проекции на плоскость, лежащую на главной оси. Поверхность петлевой полости ротора образована с максимальной точностью по следу границы поверхности кромки поршня, расположенного на поверхности вращения, возможно с уплотняющей вставкой, и расположена вблизи круговой оси. На поверхности ротора может быть выполнено от одной до многих петлевых полостей, закрученных по поверхности вокруг круговой оси, однако, в связи с возможностью выхода центра приложения сил из зоны опоры поршня в круговой выемке статора, при возможности скольжения и расположенной с максимальной точностью с поверхностью вращения, целесообразно рассматривать варианты только до двух петлевых полостей. Ротор при этом имеют вид:
При двух петлевых рабочих полостях форма ротора имеет вид винта (шнека), равномерно свернутого в кольцо, и две петлевые рабочие полости, которые при одном обороте по главной оси совершают один оборот по круговой оси, что дает возможность приема и передачи больших крутящих моментов, образованных парой равных сил, или возможно использовать поршни в каждой рабочей полости разной формы сечения, при возможном отсутствии выхода центров давления рабочего тела на поршни за пределы опоры в статоре, что дает возможность создания разных участков термодинамического цикла одним ротором.
Ротор выполнен с образованием одной петлевой рабочей полости и имеет вид винта (шнека), с укороченным с одной стороны профилем относительно круговой оси, с равномерным закручиванием на один оборот по главной оси с одним оборотом вокруг круговой оси, что дает минимально необходимую длину для цилиндра и максимально возможный рабочий объем. Здесь исключена возможность выхода центров давления рабочего тела на поршни за пределы опоры в статоре.
В роторе выполнена одна петлевая рабочая поверхность, и ротор имеет вид, аналогичный поверхности листа Мебиуса, что дает оптимальное соотношение длины и объема цилиндра.
В роторе выполнена одна петлевая рабочая поверхность, и ротор имеет вид, аналогичный фигуре Мебиуса (на один оборот по круговой оси, при трех оборотах по главной), и это дает максимально возможную длину для цилиндра, при минимально возможной площади поперечного сечения цилиндра, с минимальной возможностью отсутствия выхода центров давлений за пределы опоры поршней в круговом пазу статора.
При возможном действии рабочего тела, в зависимости от совокупности факторов: давления рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды, размеров круговой оси, формы поверхности вращения, формы границы части поверхности вращения, образующей рабочую поверхность статора, и сечения петлевых полостей, с зависимостью от расстояния до главной оси, зависит возможное изменение замкнутых в цилиндре, с возможностью перемещения, объемов, а также крутящий момент возможного вращения ротора. Материал, рекомендованный для изготовления ротора, аналогичен материалу статора.
Разделенный, как минимум, одной концентричной с главной осью выемкой, образующей с рабочей поверхностью статора не менее чем один цилиндр с уплотнением (герметизацией), и, как минимум, с одной границей возможной зоны входа и выхода рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды.
Концентрическая выемка в роторе с центром на главной оси образует с рабочей поверхностью статора не менее чем один цилиндр, деля не менее чем одну петлевую рабочую полость по границе концентрической выемки. Цилиндр образован в промежутке между рабочей поверхностью статора и петлевой поверхностью ротора и границей концентрической выемки. Уплотнение (герметизация) цилиндра (цилиндров) осуществляется по соприкасающимся поверхностям скольжения элементов и за счет сопряжения размеров. Зона границы возможных зон входа и выхода рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды расположена по концентрической выемке в роторе, и совместно рабочей поверхностью статора, образует не менее чем один петлевой цилиндр с границей, с разных сторон которой возможно осуществлять подвод и отвод рабочего тела сквозь статор или/и ротор. Форма концентрической выемки с входящей в нее рабочей полостью статора зависит от возможности движения с уплотнением сквозь нее торца поршня за счет формы петлевой полости ротора. Поршень имеет возможность движения, при возможности вращении по круговой выемке статора, с возможностью уплотнения (герметизации) при возможности замыкания, объема между поршнями, с возможностью движения, замкнутого, с возможностью изменения, объема рабочего тела из области низкого давления в область высокого. Край круговой выемки статора, с возможностью прохода через концентричную выемку, служит также для опоры поршня на границе части поверхности вращения. Увеличение количества концентрических выемок, возможно, использовать для увеличения количества цилиндров, а также с целью облегчения возможного прохода между ними торцов поршней, и для возможности создания дополнительных уплотнений (герметизации) цилиндров. Уплотнение (герметизация) цилиндра (цилиндров), с возможным вращением ротора, происходит по сопряженным поверхностям статора и ротора, желательно, через нанесенные на эти поверхности профилированные микронеровности, с возможным заполнением рабочим телом или смазочным веществом. Вход и выход рабочего тела, с возможностью поступления к разным концам цилиндра (цилиндров), осуществляется через статор или/и элемент, передающий или принимающий возможное вращение ротора, в зависимости от назначения петлевой машины. Место расположения концентричной с главной осью выемки (выемок) на роторе связано с назначением петлевой машины и с возможностью использования выбранного участка термодинамического цикла и возможностью сборки.
С выводом или/и вводом возможного усилия вращения не менее чем с одной стороны.
Сила вращения (крутящий момент) передается от условно названного ротора сквозь статор тремя способами.
Первый - через кольцо, закрепленное на роторе и не мешающее движению поршней с выходом сквозь поверхность статора, с возможностью вращения с уплотнением.
Второй - с образованием в роторе другой концентрической с главной осью выемки, с закрепленным зубчатым венцом по ее окружности, не создающим препятствие возможному движению поршней, и возможно расположенной со стороны более низкого давления рабочего тела, для обеспечения возможности герметизации, и передачей силы возможного вращения наружу через не менее чем одно зубчатое колесо, закрепленное в статоре с возможностью вращения от зубчатого венца. При этом имеется возможность полного перекрытия поверхности вращения за счет смыкания формы краев не менее чем одного поршня, закрывающего по ротору круговую выемку статора, с возможным учетом зазоров.
Третий представляет собой комбинацию двух описанных способов, через кольцо, с зубчатым венцом, закрепленное в поверхности ротора. Возможную силу вращения (крутящий момент) возможно передать или принять с разных сторон от условно названного ротора сквозь статор только комбинацией разных вариантов способов, с сохранением целостности круговых выемок статора.
И возможностью изменения усилия прижима уплотнения каждого поршня и/или его части при возможности движения поршня с возможностью вращения.
При возможном действии петлевой машины каждый поршень опирается частью своей поверхности, лежащей на поверхности вращения, в край поверхности круговой выемки статора, с возможностью вращения и скольжения, и в петлевую поверхность ротора по линии кромки поршня, с возможностью движения. Сила возможного вращения ротора передается через зону опоры поршней в статоре, при возможности их скольжения по круговой выемке, с центром возможного действия силы в зоне опоры в круговой выемке статора. Возможное смещение центра силы давления из зоны опоры возможно в зоне примерного равенства давлений рабочего тела с обеих сторон поршня, возможно двигающегося в цилиндре. При возможном действии центра силы вне зоны опоры поршня возможно создание момента силы относительно зоны опоры, что приведет к возможности неравномерного износа уплотняющих поверхностей и возможности отсутствия уплотнения. Возможная сила вращения ротора с возможностью обратимости расположена на проекции поршня на плоскости, лежащей на главной оси, умноженной на расстояние до главной оси. Возможное изменение прижимной силы уплотнений, компенсирующих центробежную силу, зависит от угла наклона оси поверхности вращения, исходящего из центра поверхности вращения на круговой оси, и/или кривизны поверхности вращения, и/или площади поршня, в данном месте цилиндра, и количества оборотов ротора в единицу времени, и диаметра круговой выемки статора, а также диаметра круговой оси. С учетом этих переменных величин, возможно, при возможном движении поршней в цилиндре изменять прижимную силу уплотнений в зависимости от месторасположения в круговом пазу с учетом центробежной силы. Силу Кориолиса, возможно, компенсировать в каждом отдельно взятом поршне с помощью упругого прижима участка поршня, с возможно изменяемой прижимной силой со стороны поршня или/и со стороны окружности кругового паза. Возможность изменения прижимной силы прижима участка поршня происходит за счет возможности взаимодействия упругого элемента с изменяемым профилем, расположенным в круговом пазу или на поршне. Для обеспечения герметичности петлевой машины необходимо, чтобы краевая поверхность круговой выемки статора и поверхность поршня совпадали с достаточной точностью с поверхностью вращения. Возможность прохода поршня с уплотнением по круговой выемке статора сквозь границу по концентрической выемке дает возможность разделения входа и выхода цилиндра петлевой машины. Поршни по круговой выемке статора, возможно, проходят (двигаются) за счет возможного взаимодействия уплотнения кромки поршней с петлевой поверхностью ротора и за счет ее конфигурации.
Петлевая машина отличается условно названным буферным уплотнением, расположенным в не менее чем одном участке рабочей поверхности статора, отделенном поршнями, и участком ротора.
Буферное уплотнение занимает отделенный поршнями объем, по поверхности вращения, на не менее чем одном участке рабочей поверхности статора и расположено не менее чем между двумя близлежащими круговыми выемками статора. Отделенный объем буферного уплотнения состоит из части рабочей поверхности статора, ограниченного поверхностями вращения, то есть поршнями в круговых выемках статора, и участком ротора, при объединенных цилиндрах через рабочую поверхность статора. Буферное уплотнение заполнено рабочим телом, или жидким (пластичным) смазочным веществом, при этом поверхность вращения (на основании которой построено уплотнение) расположена по стороне поршня, в зависимости от назначения петлевой машины.
4. 3.2.4.4. Краткое описание чертежей. Все варианты нарисованы с максимально облегченными формами элементов для упрощения чтения чертежей.
На фиг.1 изображена зона 4 возможных положений и вариантов форм, поверхности вращения 3, с центром поз.8.
На фиг.2 изображена зона 5 возможных положений оси поверхности вращения. Зона 5 возможных положений оси поверхности вращения 3 исходит из точки 8 и представляет собой два симметричных сегмента сферы.
На фиг.3 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины при симметричном расположении кромки 9 уплотнения поршней 14.
На фиг.4 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с поверхностью вращения 3 в виде конуса.
На фиг.5 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины при несимметричном расположении кромки 9 уплотнения поршней 14.
На фиг.6 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с поверхностью 3 вращения в виде диска.
На фиг.7 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины с ротором 12, контактирующим одной стороной с рабочей поверхностью 11 статора. Поршень 14 перекрывает наибольшую часть поверхности 3 вращения по сравнению с другими вариантами.
На фиг.8 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с одной петлевой рабочей поверхностью 13 ротора. Ось поверхности 3 вращения расположена в зоне 5.
На фиг.9 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины с ротором 12 треугольной формы.
На фиг.10 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с ротором 12 треугольной формы.
На фиг.11 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины с поршнями 14 при возможности компенсации силы Кориолиса за счет возможного движения упругого 24 элемента по профилю 25. При этом возможно изменение силы прижима участка поршня 14 к ротору 12, при возможности вращения поршней 14 вокруг круговой оси 2, с возможным движением по петлевой рабочей поверхности 13 ротора.
На фиг.12 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с профилем 25.
На фиг.13 изображен вариант поршневого узла с буферным уплотнением 15, ограниченным в рабочей поверхности 11 статора по поверхностям 3 вращения ротором 12 и с каналами 21.
На фиг.14 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины. Изображен вариант поперечного сечения петлевой машины по круговой оси 2 с передачей усилия возможного вращения ротора 12 от зубчатого 23 венца не менее чем через одно зубчатое 22 колесо, закрепленное с возможностью вращения в статоре 10.
На фиг.15 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с передачей усилия возможного вращения ротора 12 от зубчатого 23 венца не менее чем через одно зубчатое 22 колесо, закрепленное с возможностью вращения в статоре 10.
На фиг.16 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины. Изображен вариант поперечного сечения петлевой машины по круговой оси 2 с выводом или/и вводом усилия вращения от ротора 12 с двух сторон и с двумя 19 зонами возможного входа и выхода рабочего тела. Кольца 20 крепятся к ротору 12, одно выходит наружу сквозь статор 10, другое кольцо 20 (расположенное в нижней части фиг.16), с установленным на наружной части зубчатым 23 венцом, расположено в зоне статора 10. Возможная сила вращения ротора 12 с зубчатым 23 венцом передается или принимается не менее чем одним зубчатым 22 колесом, закрепленным с возможностью вращения в статоре 10, и кольцом 20.
На фиг.17 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины с выводом или/и вводом усилия вращения от ротора 12 с двух сторон. Кольца 20 крепятся к ротору 12, одно выходит наружу сквозь статор 10, другое кольцо 20 (расположенное в нижней части фиг.16), с установленным на наружной части зубчатым 23 венцом, расположено в зоне статора 10. Возможное усилие вращения ротора 12 с зубчатым 23 венцом передается или принимается не менее чем одним зубчатым 22 колесом, закрепленным с возможностью вращения в статоре 10, и кольцом 20.
На фиг.18 показан вариант петлевой машины во фронтальной диметрической проекции. Разрез в нижней части фиг.11 проведен по поверхности вращения 3, лежащей в плоскости на главной оси 1 вращения. Разрез верхней части выполнен рядом с поверхностью 3 вращения на толщину поршней 14, при их отсутствии видна концентрическая 26 выемка по главной оси в роторе 12. Ротор 12 в виде листа Мебиуса имеет один общий участок с кольцом 20, с возможностью вращения вместе с ротором 12.
На фиг.19 изображено продольное сечение на круговой оси 2 варианта петлевой машины. Возможную силу вращения ротора 12 возможно принимать или передать наружу сквозь статор 10 через зубчатые колеса 22 от зубчатого венца 23, расположенного вблизи круговой оси 2 и закрепленного в роторе 12.
На фиг.20 изображено поперечное сечение по круговой оси 2 варианта петлевой машины. Возможное усилие вращения ротора 12 возможно принимать или передавать наружу статора 10 через зубчатые колеса 22 от зубчатого венца 23, расположенного вблизи круговой оси 2 и закрепленного в роторе 12. Поршни 14 краями смыкаются по поверхности вращения 3.
Сквозная нумерация элементов устройства на фигурах.
1. Главная ось вращения петлевой машины.
2. Круговая ось вращения петлевой машины, на которой расположены центры поверхности вращения 3.
3. Поверхность вращения, на основе которой образовано уплотнение с центром в точке 8.
4. Зона расположения вариантов форм поверхности вращения 3, исходящая из точки 8.
5. Два симметричных сегмента сферы зоны положений оси поверхности вращения 3, исходящие из точки 8.
6. Центр силы давления рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды.
7. Зона опоры поршня 14 по поверхности вращения 3, в круговой выемке 16 статора, имеющая возможность изменения при возможности движения поршня 14 вокруг круговой оси 2.
8. Точка пересечения центра поверхности 3 вращения с круговой осью 2.
9. Кромка уплотнения поршня 14 по ротору 12, лежащая на поверхности вращения 3.
10. Статор петлевой машины.
11. Рабочая поверхность статора, образованная радиальным вращением вокруг главной оси 1 границы части поверхности 3 вращения.
12. Ротор.
13. Петлевая рабочая поверхность ротора образована равномерным замкнутым закручиванием по поверхности 3 вращения по круговой оси 2 кромки уплотнения 9.
14. Поршень со стороной, образованной по поверхности 3 вращения.
15. Буферный объем (уплотнение), образованный по поверхностям 3 вращения между поршнями 14, в не менее чем одной части рабочей поверхности 11 статора.
16. Круговая выемка статора со стороной по поверхности вращения 3, предназначенная для возможности движения, уплотнения и опоры поршней 14.
17. Петлевая рабочая полость, образованная петлевой рабочей поверхностью 13 ротора и рабочей поверхностью 11 статора.
18. Цилиндр или цилиндры, образованные концентрической, с центром на главной оси 1, выемкой 26 в петлевой рабочей 17 полости.
19. Зона входа и выхода рабочего тела с границей по или/и в концентрической 26 выемке.
20. Кольцо, концентрично с главной осью закрепленное не менее чем на одном участке 12 ротора и предназначенное для варианта передачи усилия вращения сквозь статор 10.
21. Канал в буферном объеме 15 предназначен для объединения участков цилиндров 18 в обход ротора 12 сквозь статор 10.
22. Зубчатое колесо, предназначенное для варианта передачи усилия вращения ротора 12 от зубчатого венца 23 наружу сквозь статор 10.
23. Зубчатый венец, расположенный концентрично с главной осью, закрепленный на роторе 12.
24. Упругий элемент с возможностью движения по профилю 25 и возможно изменяющий усилие прижима участка не мене чем одного поршня 14 с возможностью вращения вокруг круговой оси 2, для возможной компенсации силы Кориолиса.
25. Профиль, расположенный в статоре 10, возможно изменяющий усилие прижима участка не мене чем одного поршня 14 к поверхности 13 ротора, при возможном движении упругого элемента 24.
26. Концентрическая выемка с центром на главной оси 1 в роторе 12, разделяющая совместно с рабочей поверхностью 11 статора рабочую 17 полость.
5. 3.2.4.5.(1) Осуществление изобретения.
Описание работы в статике и динамике и способ использования со ссылками на фигуры чертежей.
Статика.
Петлевая машина содержит статор 10, ротор 12 и, как минимум, один поршень 14 или, как минимум, один буферный 15 объем. Статор 10 содержит наружную часть с выполненной в ней рабочей поверхностью 11 статора. Рабочая поверхность 11 статора образована возможным радиальным вращением вокруг главной оси 1 границы части поверхности 3 вращения. Граница части поверхности 3 вращения входит не менее чем в одну концентрическую 26 выемку в роторе 12. На рабочей поверхности 11 статора, и на окружности поверхности 3 вращения, расположено кольцо 20, закрепленное к ротору 12 на не менее чем в одном участке в зависимости от петлевой рабочей поверхности 13 ротора. Кольцо 20 закреплено на роторе 12 между поршнями 14, с возможностью прохода поршня 14 (поршней) под кольцом 20. Через кольцо 20 возможно передать или принять усилие вращения ротора 12. Ротор 12 установлен в рабочую поверхность 11 статора с возможностью вращения на главной оси 1. На поверхности 12 ротора расположена не менее чем одна петлевая рабочая поверхность 13, образованная возможным равномерным закручиванием, с возможным движением по круговой оси 2 на поверхности вращения 3 границы не менее чем одного поршня 14 по ротору 12. Поршень 14 образован от поверхности вращения 3, с возможностью вращения в круговой выемке 16 статора, с центром поз.8 в круговой оси 2, с возможностью движения в цилиндре 18 и по петлевой рабочей поверхности 13 ротора. Цилиндр 18 или цилиндры 18 образованы в рабочей полости 17 концентрической выемкой 26 в роторе 12, с входящей в нее рабочую поверхность статора 11. Петлевая рабочая полость 17 образована петлевой рабочей поверхностью 13 ротора и рабочей поверхностью 11 статора. Сквозь рабочую поверхность 11 статора, или сквозь кольцо 20, в зоне 19 возможна подача и отвод рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды. Возможная сила вращения ротора 12 передается или принимается через кольцо 20. Возможную силу вращения ротора 12 на главной оси 1 возможно также передать или принять с одной и более сторон через кольцо 20 и зубчатое колесо 22 от зубчатого венца 23. Зубчатый венец 23 может быть расположен и закреплен внутри ротора или/и на кольце 20. Возможность компенсации центробежных сил задана зоной 4 расположения вариантов формы поверхности вращения и зоной 5 положений оси поверхности вращения. Для компенсации силы Кориолиса, возможно, использовать упругий элемент 24 с профилем 25.
Динамика.
Рабочее тело в виде жидкости или сжимаемой среды поступает из зоны 19 сквозь статор 10 или кольцо 20 в цилиндр 18 или цилиндры петлевой машины в объем, ограниченный границей по концентрической 26 выемке, с поршнем 14 или буферным 15 объемом. Поршень 14 или буферный 15 объем под воздействием рабочего тела двигается совместно с ротором 12 по рабочей поверхности 13 ротора, вращаясь по круговой выемке статора 16, вращая ротор 12, изменяя объем 18 цилиндра. Рабочее тело создает давление, синхронно перемещая поршень 14 или буферный 15 объем вокруг круговой оси 2 и ротор 12 вокруг главной оси 1. Поршень 14, или буферный объем 15, перемещаясь в рабочей 17 полости, вращается в круговой выемке 16 статора, на центре точки 8 по круговой оси 2, и ротор 12 вращается вокруг главной оси 1. При этом изменяется объем цилиндра 18, ограниченный поршнями 14, или буферным 15 объемом. При дальнейшем вращении ротора 12 рабочее тело в цилиндре 18 замыкается в объеме между поршнями 14, или буферным 15 объемом, находящихся в одной или в разных круговых выемках 16 статора. Замкнутый объем рабочего тела, перемещаясь в цилиндре 18, может изменяться за счет формы рабочей поверхности 11 статора, и месторасположения в ней круговой оси 2, и места концентрической выемки 26. Объем рабочего тела размыкается при дальнейшем вращении ротора 12, и происходит открытие цилиндра 18 (цилиндров) в зону 19 с выходом отработанного рабочего тела и с последующим выдавливанием из цилиндра 18 поршнями 14 или буферным 15 объемом. Движение рабочего тела в каждом цилиндре 18 происходит последовательно и непрерывно. Каждый поршень 14 может своей частью по поверхности 3 вращения одновременно находиться в зоне низкого и высокого давлений, при разделении рабочей 11 поверхностью статора. Передача усилия вращения ротора 12 осуществляется с одной или нескольких сторон, сквозь статор 10, или/и через кольцо 20, закрепленное на роторе 12, с возможностью прохода под ним поршней 14, или буферного объема 15, или/и выхода сквозь статор 10, с уплотнением (герметизацией) через зубчатое 22 колесо, или колеса, установленные в статоре 10, с возможностью вращения, от закрепленного в роторе 12 зубчатого венца 23.
СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показана зона 4 (область) возможного расположения видов поверхности (поверхностей) вращения на круговой оси 2, обеспечивающей получение технического результата, при соответствующей точности исполнения.
На фиг.2 показана зона 5 возможных положений оси поверхности вращения 3. Зону 4 и зону 5 положений возможно использовать во всех вариантах петлевой машины.
На фиг.3, 4 продольный и поперечный разрез варианта петлевой машины с одной или двумя рабочими полостями 17 зависит от степени закручивания поверхности 13 ротора, и наиболее оптимально использовать в качестве привода и составной части двигателя с получением значительных крутящих моментов, образованных парой сил относительно главной оси 1, а также других устройств. При одной рабочей полости 17 с ротором 12, аналогичным листу Мебиуса, целесообразно использовать в качестве привода, составной части двигателя, насоса или детандера, с ограничением по возможности приема или передачи крутящего момента, заключенного в способности передать усилие крутящего момента через одно радиальное, относительно главной оси 1, соединение ротора 12 с кольцом 20. На фиг.5 (поперечный разрез) показан принцип возможного изменения площади сечения поршней 14, при вращении вокруг круговой оси 2, и, следовательно, и объема цилиндров 18, за счет конфигурации рабочей поверхности статора 11. Конфигурация рабочей 17 полости задает возможность изменения объема каждого цилиндра 18 при возможности перемещения поршней 14 вокруг круговой 2 и ротора 12 вокруг главной 1 осей вращения. При одной рабочей полости 17 объем 18 цилиндра (цилиндров) возможно изменять в наиболее широких пределах. При двух рабочих полостях 17 существует возможность одновременно использовать два разных участка термодинамического цикла. Количество замкнутых участков цилиндров 18 зависит только от количества поршней 14 или буферных 15 объемов. От степени закручивания петлевой рабочей поверхности 13 ротора зависит количество зон опоры ротора 12 в кольце 20, передающем или принимающем усилие вращения. На фиг.6 (продольный разрез) показано сечение фиг.5 по В-В. На фиг.7 (поперечный разрез) поршень 14 имеет один вырез по кромке уплотнения 9, и площадь поршня 14 занимает максимальную часть поверхности вращения 3, в этом случае цилиндр 18 один и имеет максимальную постоянную площадь сечения. На фиг.8 (продольный разрез) показано сечение фиг.7 Г-Г, зона положений 5 оси поверхности вращения 3 дает возможность за счет распределения нагрузки на поршень 14 компенсировать центробежную силу и возможно силу Кориолиса.
На фиг.9 (поперечный разрез) вариант ротора 12 обладает повышенной жесткостью при кручении относительно круговой оси 2 и не менее чем тремя зонами опоры ротора 12 в кольце 20, передающем или принимающем силу вращения, и не менее чем тремя зонами опоры ротора 12 в рабочей 11 поверхности статора. Данный вариант петлевой машины возможен с одним или с тремя цилиндрами 18, в зависимости от закручивания поверхности 13 ротора.
На фиг.10 (продольный разрез) показано сечение фиг.9 по Е-Е.
На фиг.11 (поперечный разрез) показывает возможность прижима края поршня 14, с возможностью изменения в зависимости от положения относительно круговой оси 2. Односторонний прижим поршня 14 с возможностью изменения усилия прижима служит для возможности компенсации сил Кориолиса и может дополнить компенсацию центробежной силы совместно с зоной 4 вариантов форм поверхности вращения 3, и зоной 5 положений оси поверхности вращения 3.
На фиг.12 (продольный разрез) показано сечение фиг.11 по И-И.
На фиг.13 показана возможность улучшить качество уплотнения цилиндров 18 за счет использования буферного объема 15, создающего синхронный прижим поршней 14 за счет давления рабочего тела к круговым выемкам 16 статора по поверхности вращения 3. Поверхности вращения 3 возможно размещать снаружи или/и внутри буферного объема 15. Ротор 12 и кромки уплотнения 9 поршней на фиг.13 не показаны для облегчения чтения фигуры. При веществе с отрицательным углом смачивания, находящимся в буферном объеме, возможно рассматривать это вещество как жидкий поршень, имеющий возможность перемещения по каналам 21. При веществе с положительным углом смачивания требования к исполнению уплотнения возрастают и возникает необходимость пополнения этого вещества.
Существует другой способ создания уплотнения: за счет создания в буферном объеме давления от окружающей среды.
На фиг.14 (поперечный разрез) показана возможность передачи или приема усилия вращения ротора 12 через зубчатый 23 венец, зафиксированный концентрично с главной осью 1 в роторе 12 с помощью зубчатого колеса 22, имеющего возможность вращения, с фиксацией в статоре.
На фиг.15 (продольный разрез) показано сечение фиг.14 по К-К.
На фиг.16 показана возможность передачи или приема усилия вращения ротора 12 с двух сторон относительно главной оси 1, по отношению к круговой оси 2, при исключении возможности разделения рабочей поверхности 11 статора. За счет увеличения концентрических 26 выемок показана возможность удвоения количества цилиндров. Петлевая машина по этой фигуре имеет возможность быть промежуточным звеном в двигателе и одновременно имеет возможность работы на двух различных участках термодинамического цикла. В данном случае имеется возможность приема и передачи крутящего момента с разных участков ротора 12 сквозь статор 10 через кольцо 20 и через зубчатое колесо 22.
На фиг.17 (продольный разрез) показано сечение фиг.16 по Л-Л.
На фиг.18 показан вариант петлевой машины во фронтальной диметрической проекции, в разрезе. Петлевая рабочая поверхность 13 ротора аналогична листу Мебиуса.
На фиг.19 показан вариант с приемом или передачей крутящего момента вращения от ротора 12 с зубчатого венца 23 через зубчатое колесо 22. Стрелками показано направление вращения ротора 12 и зубчатого колеса 22, которые возможно менять на противоположные.
На фиг.20 (поперечный разрез) показано сечение фиг.19 по М-М, показана возможность соединения на поверхности вращения 3 наружных частей поршней 14, что дает возможность применения уплотнительного кольца.
3.2.4.5.(5) Охарактеризовано в виде применения по определенному назначению. Сведенья, подтверждающие возможность реализации и достаточные для его получения.
Назначение петлевой машины заключается в использовании возможности обратимого преобразования энергии давления рабочего тела в виде жидкости или сжимаемой среды в возможное вращение рабочего органа посредством статора или ротора от нуля оборотов в минуту. В зависимости от материала и давления рабочего тела, в виде жидкости или сжимаемой среды, возможно получение по главной оси вращения значительного крутящего момента. Характер уплотнений является таковым, что при использовании петлевой машины, с возможным вращением рабочего органа только в одну сторону, требуемая точность исполнения уплотнений будет минимальная. Исключение составляет петлевая машина с демпферным объемом между поршнями, где демпферный объем является дополнительным уплотнительным элементом, что позволяет снизить точность исполнения уплотнений. В связи с этим и для минимизации количества элементов в приводе наиболее оптимальным считаем применение петлевой машины в качестве составной части двигателя, вертолета или корабля. При использовании в двигателе вертолета петлевых машин возможно образование в центре этого двигателя сквозной цилиндрической полости, с возможностью ее вращения или неподвижной, что допускает возможность использования этой полости по требуемому назначению, например для груза, резервных лопастей или локатора. При использовании в качестве двигателя корабля возможно расположение в сквозной центральной полости винтов, закрепленных в роторе. При использовании в качестве сцепления необходимо заполнить цилиндр (цилиндры) рабочим телом и объединить вход и выход через регулируемый дроссель с включенным параллельно перепускным клапаном максимального давления. Ротор и статор при этом закрепляются на ведомом и/или ведущем узле. При использовании в качестве составной части двигателя внутреннего сгорания желательно применение камеры постоянного горения, при возможной подаче горючей смеси, и использование ее энергии в цилиндрах по разным расстояниям от главной оси вращения петлевой машины или машин. При использовании в качестве двигателя с возможностью торможения достаточно в ведущую петлевую машину добавить золотниковое устройство и перепускной и редукционный клапан. При использовании в качестве компрессора или детандера необходимо и достаточно параллельного соединения петлевых машин с разными объемами цилиндров с жесткой связью роторов при фиксации статоров. При использовании в качестве вариатора достаточно двух петлевых машин, в каждой из которых установлено по два кольцевых разделителя, разделяющих цилиндры на разные рабочие объемы, с объединением этих объемов через регулируемый распределитель (золотник) с дросселем и редукционным клапаном. При использовании в качестве редуктора достаточно двух петлевых машин с разными рабочими объемами цилиндров, или/и расстояниями до главной оси, и их объединения через магистрали. Основными свойствами петлевой машины, обуславливающими эти назначения, являются минимальное количество элементов, в том числе и подвижных, и возможность непосредственного обратимого преобразования энергии давления рабочего тела во вращение рабочего органа.
Возможность изготовления и реализации петлевых машин возможно по следующим причинам.
1. Создание компьютерных программ по проектированию и моделированию с возможностью движения нелинейных объемных элементов и объектов.
(Компас и другие)
2. Возможность подбора материала и проведения испытаний и доработки изделия в виртуальной (цифровой) форме.
3. Возможность изготовления моделей элементов заявляемого изобретения на объемном принтере с последующим изготовлением на их основе элементов изделия методом отливки или спекания или возможного изготовления элементов на обрабатывающем центре.
4. Разработке смазочного материала на основе жидких кристаллов с минимальным коэффициентом трения во Фраунгоферовском институте механики материалов для работы петлевой машины в диапазоне температур, ограниченных работоспособностью этих кристаллов.
5. Наличию смазочных веществ марок Gleitmetall AS 1300 и других работающих при температуре от -40 до 1000-1350 градусов по Цельсию.
6. Возможности обработки твердых и сверхтвердых материалов.
7. Разработке материала с минимальной теплопроводностью (твердый дым).
8. Стороннего опыта, полученного при изготовлении турбинных лопаток.
9. Разработке примерной технологии изготовления.
10. Преимущества конструкции.