РОТОРНАЯ МАШИНА

РОТОРНАЯ МАШИНА


RU (11) 2116514 (13) C1

(51) 6 F04C2/344, F04C18/344 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93036655/06 
(22) Дата подачи заявки: 1993.07.16 
(45) Опубликовано: 1998.07.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Заявка ЕПВ N 0149471, F 01 C 1/344, 1985. 
(71) Заявитель(и): Токмаков Артур Артурович; Токмаков Артур Васильевич 
(72) Автор(ы): Токмаков Артур Артурович; Токмаков Артур Васильевич 
(73) Патентообладатель(и): Токмаков Артур Артурович 

(54) РОТОРНАЯ МАШИНА 

Сущность изобретения: в статоре с профилированной внутренней поверхностью на валу размещен цилиндрический ротор с пазами и шиберами. На роторе закреплены торцевые шайбы, диаметр которых превышает максимальный размер статора, имеющие глухие пазы, совпадающие с пазами ротора, в которых установлены шиберы. На торцах статора размещены уплотнительные кольца, поджатые к внутренним поверхностям шайб. Профиль статора в поперечном сечении выполнен в форме локальной кривой, описанной одной или несколькими овоидноподобными кривыми, исходящими из общего центра координат, совпадающего с центром ротора. Система охлаждения выполнена в виде каналов в шайбах, роторе и шиберах. 3 з.п.ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях гидро- или пневмомашин, а также в двигателях внутреннего сгорания.

Известна конструкция двигателя внутреннего сгорания, содержащая ротор, с установленными в нем шиберами, и корпус с системами газораспределения и зажигания (заявка ФРГ N 3822935, кл. F 01 C 1/344, 1990).

Недостатком этой конструкции является консольное закрепление шиберов к ротору, что ведет к снижению ресурса ДВС.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому является роторная шиберная гидропневмомашина или двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, с расположенными в нем цилиндром и системами гидрогазораспределения, а также системой зажигания, в случае использования роторной машины, как ДВС. По плоскости цилиндра скользят шиберы, установленные в пазах ротора (заявка ЕПВ N 0149471, кл. F 01 C 1/344, 1985).

Недостатками этой конструкции являются трение рабочего тела о стенки корпуса, что обуславливает теплопотери, потери на трение, а также возможность появления такого явления, как разрыв фронта пламени из-за чрезмерного завихрения, кроме того шиберы имеют консольное закрепление в пазах ротора, что отрицательно влияет на ресурс и эффективность роторной машины.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и надежности роторной пневмогидромашины.

Технический результат достигается тем, что роторная машина, содержащая перемещающиеся по контуру зеркала по меньшей мере одного статора, шиберы, установленные в пазах ротора, отверстия подвода и отвода рабочей среды, систему воспламенения и систему питания топливом, в случае использования роторной машины в качестве ДВС, дополнительно снабжена двумя торцевыми шайбами, установленными на торцах ротора, диаметр торцевых шайб превышает наибольший размер статора, торцевые шайбы могут быть выполнены заодно с ротором или иметь разборную с ротором конструкцию, в торцевых шайбах, выполненных как одно целое или имеющих разборную конструкцию, со стороны ротора выполнены глухие пазы, совпадающие по всем соответственно сопрягающимся поверхностям с пазами ротора, необходимые для установки шиберов, а сечение статора имеет форму окружности или лекальной кривой, выраженной одной или несколькими овоидноподобными кривыми, исходящими из общего центра координат. В случае использования роторной машины не в качестве ДВС сечение статора преимущественно выполняется в форме окружности, а ротор с торцевыми шайбами устанавливается по отношению к статору с эксцентриситетом. При использовании роторной машины в качестве ДВС сечение зеркала статора может быть выполнено в виде четного числа овоидноподобных кривых, образующих неразрывную локальную линию. Овоидноподобные кривые в этом случае исходят из одного начала координат, совпадающего с центром ротора. Причем овоидноподобные кривые, соответствующие ветвям расширения и выпуска отработавшего газообразного рабочего тела, выполнены большими, чем овоидноподобные кривые ветвей наполнения и сжатия свежего заряда, что позволяет полностью использовать энергию расширения отработавших газов и снизить шумность выхлопа. Роторная машина может быть использована в качестве мотокомпрессора, для чего как минимум один статор с находящимися в нем ротором и шиберами в своем сечении выполняется хотя бы по одной плоской лекальной кривой, выраженной тремя исходящими из одной точки начала координат, совпадающих с центром ротора и направленных своими выпуклыми сторонами в различных направлениях овоидноподобными кривыми.

Уплотнение газового стыка по контуру шиберов осуществляется как точным, с учетом тепловых расширений и смазки, изготовлением пазов и самих шиберов, так и при помощи специальных и известных в технике средств.

Для более полного использования газовых циклов при получении наименьших размеров роторной машины шиберы могут быть выполнены телескопическими. Шиберы и их уплотнения могут быть составными, что предпочтительно для ДВС. Это диктуется требованиями газораспределения, зажигания и вентиляции. Составной шибер в месте образования пары трения шибер - статор имеет качающуюся уплотняющую часть, которая имеет возможность своей плоской поверхностью (рабочей) нивелировать сечение статора, а ширина качающейся уплотняющей части выбирается достаточной для надежного ( в случае необходимости диктуемой принятым в ДВС газовым циклом или конструктивно) разделения соседних газовых камер во время перекрытия газовых и запальных отверстий. Также должны быть учтены опрокидывающие силы, вызываемые силами трения. Кроме того, качающаяся уплотняющая часть имеет возможность изменять свою длину в зависимости от температурного расширения сопряженных деталей, одновременно не нарушая герметичности стыка, что обеспечивается любым известным в технике способом. В случае конструктивных требований, а также требований, предъявляемых к выбранному газовому циклу, возможно обеспечение вентиляции прорывающихся через газовые стыки газов и отсеченных качающейся уплотняющей частью шибера газов от предыдущих камер в газовых и запальных отверстиях по продувочной щели, расположенной по всей длине плоской рабочей поверхности качающейся уплотняющей части шибера, к общей системе вентиляции. Для поджатия шиберов к зеркалу статора при низких оборотах ротора целесообразно применять поджимное устройство, конструкция которого может быть самой разнообразной. Но газовый стык бишер - статор может уплотняться и за счет прижатия шибера к статору инерционными силами. В этом случае для недопущения нарушения конструктивно заданного взаимного расположения деталей во время пуска и остановки роторной машины шиберы на своих выступающих частях имеют выступы (устройства), обеспечивающие удержание шибера в конструктивно заданном положении. Во время вращения ротора выступы в работе роторной машины не участвуют, т.к. отжаты инерционными сигналами. Смазка статора, ротора и шиберов может осуществляться как методом подвода смазки совместно со свежим зарядом, так и отдельно методом непосредственного вспрыска смазки на поверхности трения или капиллярно. На поверхностях трения возможно применение специальных и известных в технике технологий, задерживающих как износ, так и расход смазывающих материалов. Для снижения термических напряжений торцевых шайб, ротора и шиберов они могут иметь систему охлаждения, выполненную в виде каналов в корпусе, ответных сквозных осевых каналов в торцевых шайбах и ротора и сообщенных с ними радиальных и осевых каналов торцевых шайб, ротора и шиберов, через описанную систему охлаждения обеспечивается продувка газообразного теплоносителя (воздуха). Для улучшения охлаждения деталей роторной машины на наружных плоскостях торцевых шайб может быть выполнена крыльчатка. Для снижения термических напряжений цилиндра он, в свою очередь, тоже может иметь систему охлаждение, и, как следствие, для улучшения распыла топлива в карбюраторе, в случае его установки, систему подогрева топлива. Количество рабочих камер в одном статоре, образованных ротором, торцевыми шайбами, статором и шиберами, может быть любым. В случае использования роторной машины как быстроходного ДВС, система газораспределения может быть управляемой, а в одной камере могут быть установлены несколько попеременно работающих запальных свечей или форсунок. При использовании роторной машины в качестве двигателя, для выравнивания крутельных колебаний на выходном валу целесообразна установка маховика и демпфера.

На чертеже представлено поперечное сечение роторной машины.

Роторная машина содержит перемещающуюся в статоре 1 шиберы 2, которые установлены в пазах 3 ротора 4, и закрепленные на нем торцевые шайбы 5 и 6 с пазами 7 и 8, которые ответны шиберу 2 и совпадают с пазом 3 ротора 4. Ротор 4 установлен в корпусе 9 с возможностью вращения, а статор 1 закреплен к вышеупомянутому корпусу 9 жестко. Статор 1 имеет систему охлаждения в виде ребер 10. Система охлаждения ротора 4, торцевых шайб 5 и 6 и шиберов 2 выполнена в виде каналов 11 в корпусе 9, ответных сквозных осевых каналов 12 в торцевых шайбах 5 и 6 и роторе 4, сообщенных с ними и между собой радиальных и осевых каналов 13 ротора 4, торцевых шайб 5 и 6 шиберов 2 и выпускных каналов 14, расположенных в корпусе 9. Торцы статора 1 снабжены уплотнительными кольцами 15, которые постоянно поджаты к внутренним поверхностям торцевых шайб 5 и 6 любым известным в технике способом. Отверстия подвода и отвода рабочей среды, а также система воспламенения (в случае использования роторной машины как ДВС) расположены в корпусе 9 статора 1.

Работает роторная машина следующим образом.

Ротор 4, вращаясь в корпусе 9, вовлекает во вращение торцевые шайбы 5 и 6, ротор с шайбами своими пазами 3, 7, 8 вовлекает во вращательное движение шиберы 2, которые под действием центростремительной силы прижимаются к зеркалу статора 1, в результате чего образуются замкнутые рабочие объемы, ограниченные ротором 2, торцевыми шайбами 5 и 6, зеркалом статора 1 и шиберами 2. При движении шибера 2 по зеркалу статора 1 в зоне, образованной началом овоидноподобной кривой, определяющей ветвь наполнения - сжатия, шиберы 2 под действием центростремительных сил и в результате плавного увеличения радиуса статора 1, начинают движение в пазах 3, 7 и 8, выдвигаясь из ротора 4, как следствие происходит увеличение замкнутого рабочего объема и падение давления в нем. На ветви наполнения шиберы 2 открывают отверстия подвода рабочей среды, выполненные в статоре 1, через которые за счет падения давления происходит наполнение рабочего объема свежим зарядом. При дальнейшем вращении ротора он достигает свою мнимую угловую отметку, близкую по значению к 90o, в это время шиберы 2, скользя по зеркалу статора 1, входят на его максимальный радиус, в результате падение давления в рабочих камерах прекращается, шиберы 3 перекрывают отверстия подвода рабочей среды статора 1 и, скользя далее вдоль зеркала статора 1, входит в зону сжатия, в результате чего в рабочей камере происходит сжатие свежего заряда. Примерно через 180o поворота ротора 4 рабочая камера входит в зону воспламенения, где происходит возгорание рабочей смеси. В результате горения в рабочей камере образуется избыточное давление, которое воспринимается соседними по камере шиберами 2, находящимися на разных участках овоидноподобной кривой, определяющей расширение и выпуск статора 1. Как следствие шиберы 2 имеют разную величину линейного выхода из ротора 4 и соответственно разные площади, в результате на том шибере, который имеет большую площадь, образуется большая сила, которая воспринимается пазами 3, 7 и 8 торцевых шайб 5 и 6 и ротора, после чего на роторе 4 возникает полезный крутящий момент. Шиберы 2, двигаясь вдоль зеркала статора 1, соответствующего участку расширения, постоянно увеличивают свою площадь и плечо действия результирующей газовой силы, в результате чего на всем этом участке действует крутящий момент почти постоянной величины. Приблизительно через 20o давление в рабочей камере достигает величины, близкой к атмосферному, - это говорит о том, что шиберы 2 в своем движении достигли максимально удаленной зоны ветви расширения, после чего шиберы 2, продолжая движение по зеркалу статора 1, входят в зону выпуска отработавших газов и открывают отверстия отвода рабочей среды статора 1, при дальнейшем вращении ротора 4 объем рабочих камер уменьшается в результате уменьшения радиуса статора 1, тем самым обусловлено вытеснение из рабочего объема отработавших газов. Приблизительно через 360o рабочий объем становится наименьшим, выпуск закончен, шиберы 2 закрывают отверстия отвода рабочей среды и открывают отверстия подвода - начинается новый замкнутый газовый цикл.

Избыточная температура ротора 4, его торцевых шайб 5 и 6 и шиберов 2 отводится воздухом, подаваемым в каналы 11 корпуса 9, и далее распределяется по каналам 12 и 13 ротора 4, шиберов 2 и торцевых шайб 5 и 6. Отработавший охлаждающий воздух выходит через сквозные радиальные каналы 13 торцевых шайб 5 и 6 и далее через выпускные каналы корпуса 9 к теплообменнику (окружающую среду). Избыточная температура статора 1 и корпуса 9 отводится в окружающую среду посредством системы ребер охлаждения 10.

Избыточная температура статора 1 и корпуса 9 может отводиться и жидкостной системой охлаждения. Для увеличения термического КПД роторной машины, выполненной как ДВС, можно не иметь систему охлаждения, при этом детали, подверженные тепловым нагрузкам в этом случае, выполняются из металлокерамических материалов по известным технологиям.

Роторная машина может работать в схеме комбинированного двигателя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Роторная машина, содержащая корпус, статор с профилированной внутренней поверхностью, размещенный в нем на валу цилиндрический ротор с пазами, в которых установлены шиберы, отверстия подвода и отвода рабочей среды и систему охлаждения, отличающаяся тем, что машина снабжена двумя торцевыми шайбами, закрепленными на роторе, диаметр которых превышает максимальный размер статора, при этом каждая шайба со стороны ротора имеет глухие пазы, совпадающие с пазами ротора, в которых установлены шиберы, а также уплотнительными кольцами, расположенными на торцах статора и поджатыми к внутренним поверхностям шайб.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что профиль статора в поперечном сечении выполнен в форме локальной кривой, описанной одной или несколькими овоидноподобными кривыми, исходящими из общего центра координат, совпадающего с центром ротора.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что система охлаждения выполнена в виде каналов в корпусе, ответных сквозных осевых каналов в торцевых шайбах и роторе и сообщенных с ними радиальных и осевых каналов торцевых шайб, ротора и шиберов.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что на валу установлены маховик и демпфирующее устройство.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru