Cтраница 1
Ротационный двигатель, рассматриваемый на рис. 46, б, вращается только в одну сторону. В реверсивном двигателе, ротор которого может вращаться в любую сторону, впускные и выпускные отверстия в статоре расположены симметрично. Направляя поступающий сжатый воздух в правый или левый впускной каналы двигателя, изменяют направление вращения ротора в ту или другую сторону. [1]
Ротационный двигатель развивает значительно большую мощность, приходящуюся на единицу веса, чем поршневый, что представляет одно из значительных его преимуществ. [2]
Ротационный двигатель имеет более простую конструкцию, так как л - 1 него отсутствует золотниковое устройство и кривошиппо-шатунный механизм, что не только уменьшает вес, по и удешевляет производство двигателей. [3]
Ротационный двигатель работает более спокойно, чем поршневой, так как благодаря отсутствию кривошипно-шатунного механизма вращающиеся массы ротационного двигателя лучше уравновешены. [4]
Ротационный двигатель, обладающий большим числом оборотов, используется для привода пневматических шлифовальных машин без применения редуктора, благодаря чему конструкция этих машин упрощена и состоит из двигателя, на валу которого укреплен абразивный круг, огражденный фасонным кожухом. Для удобства работы шлифовальный круг закрепляется на конце удлиненного шпинделя, образующего вторую рукоятку машины. [5]
Ротационные двигатели являются основным типом привода большинства ручных машин пневматического действия. Они имеют сравнительно простое устройство и работают очень плавно. Как правило, ротационные двигатели в ручных машинах работают с частотой вращения 10000 - 15000 об / мин. [6]
Ротационные двигатели применяют главным образом в машинах с вращательным движением рабочего органа. В пазах ротора лопатки могут свободно перемещаться. [7]
Ротационный двигатель имеет ротор, в котором в радиальном направлении нарезаны пазы. В них вставляют плоские лопатки, перемещающиеся в радиальном направлении. Ротор с лопатками устанавливают в статоре, представляющем пустотелый цилиндр. Ось ротора эксцентрично смещена относительно оси статора. Для вращения ротора воздух через отверстие в статоре подается в ту часть ротора, где зазор между статором и ротором наименьший. Воздух давит на лопатку и вращает ротор. Мощность, развиваемая двигателем, зависит от величины зазоров между ротором и статором, длины рабочей части лопаток и давлений воз-духа на входе и выходе. [8]
Ротационный двигатель, схема которого представлена на фиг. Лопатки 3 имеют возможность перемещаться радиально в прорезях ротора, и поэтому, при вращении последнего, под действием центробежной силы кромки лопаток все время прижаты к внутренней поверхности статора. С торцев статор закрыт крышками. [9]
Ротационный двигатель состоит из статора 4, ротора 6, четырех лопаток 16, перемещающихся в пазах ротора. Сжатый воздух под давлением 4 am, проходя через рукоятку / и регулирующий клапан, находящийся в ней, попадает в статор 4 и воздействует на лопатки 16, заставляя вращаться ротор. В зависимости от регулировки подачи воздуха ротор развивает от 8000 до 12 000 об / мин. [11]
Мощность ротационного двигателя при постоянном давлении воздуха в сети и неизменных размерах двигателя зависит исключительно от числа оборотов ротора. [12]
Вращение ротационного двигателя в реверсивной машине И-118 передается через двухступенчатый планетарный редуктор шпинделю, имеющему гнездо, обработанное под конус Морзе, для закрепления рабочего инструмента или переходника. [13]
Вследствие этого ротационный двигатель значительно легче поршневого и проще по конструкции. [14]
Число оборотов ротационного двигателя на холостом ходу почти вдвое превышает число оборотов при его нормальной нагрузке. Расход воздуха при работе инструмента на холостом ходу возрастает, и лопатки ротора, а также другие трущиеся части двигателя изнашиваются быстрее. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано на автотранспортных средствах, в насосах, в авиации, а также в любой другой отрасли как силовой агрегат. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит расположенные в разных корпусах, но на одном роторе компрессор и газовую турбину. В проточных частях компрессора и турбины установлены блокирующие вставки для образования перепускного зазора. В двигателе используются качающиеся лопатки, установленные на барабанах ротора с помощью шарниров, причем лопатки турбины имеют противовесы, которые размещаются в полости барабана ротора турбины. Двигатель содержит соединенное с компрессором и турбиной с помощью трубопроводов устройство подогрева или камеру сгорания непрерывного и/или импульсного типа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции двигателя внутреннего сгорания с проточными частями ротационного типа, и может быть использовано на автотранспортных средствах, в насосах, в авиации, а также в любой другой отрасли как силовой агрегат.
Известно устройство, ротационный двигатель внутреннего сгорания [1], содержащий цилиндрический корпус с внутренней профилированной поверхностью переменного радиуса, ротор, концентрично установленный относительно корпуса, и качающиеся лопатки, перемещающиеся в радиальных пазах барабана ротора и выполненные с шарнирно-подвижными уплотнениями на торцах, примыкающих к внутренней поверхности корпуса. Проточная часть известного устройства с рабочими камерами неравного объема образуется внутренней поверхностью корпуса, лопатками, торцевыми стенками корпуса и поверхностью барабана ротора и функционально разделяется на компрессорные и газотурбинные проточные части, которые соединяются между собой через перепускные зазоры, образованные выступами внутренней поверхности корпуса и внешней цилиндрической поверхностью барабана ротора.
Устройство работает следующим образом. Атмосферный воздух нагнетается через входной патрубок в первую рабочую камеру компрессорной части и при вращении ротора воздух в последующих рабочих камерах сжимается. Затем сжатый воздух перепускается через перепускной зазор в первую рабочую камеру газотурбинной части, разрежается и смешивается с подаваемым в камеру топливом, образуя горючую смесь. Горючая смесь воспламеняется и при сгорании топлива в рабочей камере создается давление, действующее на лопатки и приводящее в движение барабан ротора. В следующих рабочих камерах происходит расширение подогретого газа, давление которого воздействует на лопатки и совершает работу по вращению барабана ротора, после чего в последней рабочей камере газотурбинной части производится полное удаление отработанных газов через выходной патрубок. Далее процесс повторяется, обеспечивая непрерывную работу устройства.
Таким образом, известное устройство представляет собой объединение в едином корпусе компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. Достоинством известного устройства является то, что оно имеет экологически чистый выхлоп, который состоит в основном, из водяных паров и углекислого газа, при отсутствии окиси углерода и низком содержании окислов азота. Недостатком известного устройства является сложность изготовления внутренней профилированной поверхности корпуса для обеспечения минимальной величины перепускного зазора. К недостаткам относится невысокая экономичность и небольшой срок службы известного устройства, связанные с потерями на перетечки и с потерями на трение в парах трения лопатка - паз и лопатка - внутренняя поверхность корпуса, а также с повышенным износом лопаток из-за воздействия на них значительных по величине напряжений на изгиб в контактной зоне лопатка - паз и в связи с термическими нагрузками на лопатки, связанные со сжиганием топлива в рабочей камере турбинной части.
Известно устройство, ротационный двигатель внутреннего сгорания [2], включающее полый цилиндрический корпус, эксцентрично ему установленный ротор и качающиеся лопатки, установленные на барабане ротора с помощью шарнирного механизма. Проточная часть образуется лопатками, торцевыми стенками корпуса, поверхностью барабана ротора и цилиндрической внутренней поверхностью корпуса и функционально разделяется на компрессорную часть и на турбинную часть, которые соединяются между собой через перепускной зазор, который образуется между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью барабана ротора при их максимальном сближении. Известное устройство работает аналогично устройству [1]. Достоинством известного устройства, по сравнению с вышеуказанным устройством [1] является более простая конструкция, что связано с тем, что переменные по объему рабочие камеры проточной части выполняются за счет эксцентричного расположения внутренней цилиндрической поверхности корпуса и поверхности барабана ротора, а также больший срок службы, что связано с использованием шарнирного закрепления лопаток на барабане ротора, которое позволяет снизить потери мощности на трение и на перетечки, а также снизить нагрузку на лопатки. Недостатками известного устройства являются недостаточно большой срок службы и недостаточно высокая экономичность, связанные с термическими нагрузками на лопатки при их прохождении через камеру сгорания турбинной части и с возможными перетечками через перепускной зазор между компрессорной и турбинной частью.
Известно устройство, роторный двигатель внутреннего сгорания [3], содержащий корпус с соосно расположенными и разделенными стенкой внутренними рабочими полостями, представляющими собой компрессор и газовую турбину, барабаны которых установлены на одном роторе, и радиальные лопатки. Проточные части каждой полости образуются цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью барабана ротора, лопатками и торцевыми стенками. Перепускной зазор в компрессоре и турбине образуется между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью барабана ротора при их максимальном сближении. Устройство работает следующим образом. Начальное вращение ротора приводит к однонаправленному вращению двух барабанов. Через входной патрубок одной полости подается топливовоздушная смесь, которая по мере вращения барабана с лопатками равномерно распределяется по всему ее объему. После прохождения лопаткой перепускного зазора и по мере дальнейшего движения лопатки происходит процесс сжатия топливной смеси в замкнутом объеме, который образуется позади лопатки. При достаточном сжатии смеси происходит ее воспламенение или производится ее поджиг, после чего продукты сгорания под высоким давлением поступают в другую полость через открывающиеся при этом отверстия в общей стенке и, расширяясь, обеспечивают вращающий момент на роторе двигателя, после чего оставшиеся отработанные газы удаляются через выходной патрубок компрессора. Затем указанный порядок работы повторяется. Достоинством известного устройства является увеличение срока службы по сравнению с двумя вышеуказанными устройствами [1] и [2], что объясняется конструктивным исполнением двигателя в двух раздельных корпусах и позволяет снизить термические нагрузки на лопатки, по крайней мере, в одной рабочей полости - в компрессоре. Тем не менее, недостатком известного устройства остается недостаточно большой срок службы, недостаточно высокая экономичность, связанные со сжиганием топлива в проточной части турбины, а также потери мощности на трение и на перетечки.
Прототипом предлагаемого изобретения является устройство [4], ротационный двигатель, содержащий внешнее устройство подогрева сжатого газа, например камеру сгорания, которое соединяется трубопроводами через входные и выходные патрубки с ротационным пластинчатым компрессором и с ротационной пластинчатой газовой турбиной, которые устанавливаются в разных корпусах, но на одном роторе, эксцентрично расположенном относительно внутренних поверхностей каждого корпуса. Компрессор содержит барабан с лопатками и корпус с патрубками подвода сжимаемого газа и отвода сжатого газа. Турбина содержит барабан с лопатками, корпус турбины с патрубками подвода подогретого сжатого газа и отвода расширившегося в турбине газа. Внешние поверхности барабанов компрессора и турбины соприкасаются с внутренней поверхностью их корпусов по образующим, образуя перепускные зазоры. Проточные части компрессора и турбины образуются внутренними поверхностями корпуса, внешней поверхностью барабана, торцевыми стенками и качающимися лопатками, например, с качающимся внешним краем. Устройство по прототипу работает следующим образом. Воздух подается через входной патрубок в компрессор и там сжимается. Сжатый воздух поступает через выходной патрубок компрессора во внешнее устройство подогрева. Нагретый сжатый воздух поступает от устройства подогрева в турбину через ее входной патрубок. В проточной части турбины происходит расширение нагретого сжатого воздуха, который производит давление на лопатки турбины и обеспечивает вращающий момент на роторе двигателя, после чего производится удаление отработанного газа через выходной патрубок турбины. Далее процесс повторяется, при этом впуск воздуха производится непрерывно. Достоинством устройства по прототипу является больший срок службы и более высокая экономичность, чем в вышеуказанных устройствах [1-3] за счет дополнения его внешним устройством подогрева сжатого газа, что позволяет снизить термическую нагрузку на рабочие поверхности проточной части устройства, особенно на лопатки. К недостаткам устройства по прототипу следует отнести недостаточно высокую экономичность и недостаточно большой срок службы, что связано с потерями мощности на трение и на перетечки в парах лопатка - корпус и лопатка - паз, и с ограничением уровня подогрева газа в устройстве подогрева, связанным с условиями выгорания смазки в турбине, так как устройство по прототипу конструктивно требует для своей работы смазку поверхностей в парах трения.
В связи с указанными техническими недостатками устройства по прототипу существует задача создания более экономичного ротационного двигателя внутреннего сгорания, с улучшенными эксплуатационными характеристиками и расширенными возможностями его применения.
Поставленная задача решается следующим образом.
В ротационном двигателе внутреннего сгорания, включающем ротационный компрессор, содержащий барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода сжимаемого газа и отвода сжатого газа, устройство для подогрева сжатого в компрессоре газа, ротационную газовую турбину, содержащую барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода подогретого сжатого газа и отвода отработанного газа, трубопроводы, соединяющие устройство подогрева с компрессором и турбиной, а также единый ротор, с которого снимается полезная мощность, расположенный эксцентрично внутренним поверхностям корпуса компрессора и корпуса турбины, проточные части компрессора и турбины дополнены блокирующими вставками, барабан ротора турбины выполнен полым, а качающиеся лопатки компрессора и турбины установлены на барабанах ротора с помощью шарниров, при этом лопатки турбины дополнены противовесами, расположенными в полости барабана ротора.
При этом в некоторых случаях противовесы выполнены, по меньшей мере, с одним съемным элементом и, например, с возможностью фиксации съемного элемента на любой части противовеса.
При этом в некоторых случаях устройство подогрева выполнено в виде устройства, сжигающего в атмосфере сжатого газа дискретные порции топлива, для чего на трубопроводе, соединяющем патрубок отвода сжатого газа из компрессора с устройством подогрева, установлено отсечное устройство, например обратный клапан.
Технический результат от применения предлагаемого изобретения состоит в улучшении эксплуатационных характеристик предлагаемого устройства и в повышении эффективности его применения по сравнению с устройством по прототипу, при увеличении срока службы и повышении экономичности.
Технический результат достигается установкой в проточной части компрессора и турбины блокирующих вставок, которые образуют перепускной зазор между рабочими камерами с большой величиной разницы давлений и, кроме того, позволяют обеспечить более полный выход рабочих газов. Геометрические параметры блокирующих вставок могут варьироваться для обеспечения необходимой величины перепускного зазора, что повышает эффективность применения предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу, в котором параметры перепускного зазора связаны только с эксцентричным положением барабана ротора относительно внутренней поверхности корпуса.
Указанный результат достигается креплением лопаток на барабанах ротора компрессора и турбины с помощью шарниров, что позволяет увеличить срок службы предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу за счет снижения потерь на трение и на перетечки, а также за счет снижения нагрузки на лопатки.
Указанный результат достигается также использованием в конструкции турбины полого барабана ротора, за счет чего появляется возможность выполнить шарнирное крепление лопаток на барабане с противовесами, качающимися относительно оси шарниров по обе стороны от поверхности барабана. Предлагаемое крепление лопаток, а также размещение противовесов в полости барабана турбины позволяет минимизировать потери мощности на трение торцов лопаток о внутреннюю поверхность корпуса турбины и за счет этого добиться увеличения скорости вращения барабана турбины и, тем самым, повышения величины полезной мощности, снимаемой с ротора двигателя, по сравнению с устройством по прототипу. Снижение потерь на трение в известном устройстве происходит за счет перераспределения нагрузки на лопатки, находящиеся в проточной части турбины. К таким нагрузкам относятся давление газа, центробежные силы и силы тяжести самой лопатки. Указанные нагрузки минимизируются путем их перераспределения на противовесы в полости ротора, а также с помощью выбора конструкции лопаток и противовесов, их массы, а также распределением массы по длине противовесов. При этом минимизируется суммарный момент центробежных сил давления, действующих на лопатки в проточной части, относительно оси шарнира за счет центробежных сил и сил тяжести, действующих на противовесы. Минимизация удельного давления торцов лопаток на внутреннюю поверхность корпуса за счет введения противовесов позволяет исключить использование смазочных материалов, что позволяет повысить экономичность предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу.
В некоторых случаях указанный результат достигается выполнением противовесов, по меньшей мере, с одним съемным элементом, например, с возможностью фиксации его на любой части противовеса. Это позволяет использовать предлагаемое устройство при разнообразных режимах работы и варьировать величину нагрузки на лопатки, что повышает эффективность и расширяет возможности применения предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.
В некоторых случаях указанный результат достигается выполнением устройства подогрева в виде устройства, сжигающего в атмосфере сжатого газа дискретные порции топлива, что обеспечивается дополнительным отсечным устройством, которое устанавливается на трубопроводе, соединяющем патрубок отвода сжатого газа из компрессора с устройством подогрева. Возможность импульсного сжигания топлива расширяет возможности использования предлагаемого устройства по сравнению с прототипом, в котором используется только непрерывный подогрев.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена схема предлагаемого ротационного двигателя внутреннего сгорания с импульсной подачей топлива.
На чертеже показано: 1 - барабан ротора компрессора; 2 - качающаяся лопатка в проточной части компрессора; 3 - полый барабан турбины; 4 - качающаяся лопатка в проточной части турбины; 5 - противовес со съемным элементом; 6 - корпус турбины; 7 - патрубок подвода сжимаемого газа в компрессор; 8 - патрубок отвода сжатого газа из компрессора; 9 - блокирующая вставка проточной части компрессора, 10 - корпус компрессора; 11 - патрубок входа подогретого сжатого газа в турбину; 12 - патрубок выхода отработанного газа; 13 - блокирующая вставка проточной части турбины; 14 - устройство подогрева или сжигания топлива; 15 - трубопровод, соединяющий компрессор с устройством подогрева; 16 - отсечное устройство; 17 - трубопровод, соединяющий устройство подогрева с входным патрубком турбины; 18 - ротор двигателя; 19 - шарнир.
Толщина корпуса компрессора 10 и корпуса турбины 6, а также геометрия их наружной поверхности, толщина барабанов ротора компрессора 1 и турбины 3, а также толщина лопаток компрессора 2, лопаток турбины 4 и противовесов 5 на чертеже не показаны. При использовании устройства подогрева 14 с непрерывным подогревом или сжиганием топлива конструкция двигателя не содержит отсечное устройство 16.
Сущность предлагаемого ротационного двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем.
Проточная часть компрессора (расположен внизу чертежа) образована поверхностью барабана 1 с закрепленными на ней с помощью шарниров 19 лопатками 2, поверхностью блокирующей вставки 9, внутренней поверхностью корпуса компрессора 10 и его торцами (не показаны). Проточная часть турбины (расположена вверху чертежа) образована поверхностью барабана 3 с закрепленными на ней с помощью шарниров 19 лопатками 4, поверхностью блокирующей вставки 13, внутренней поверхностью корпуса турбины 6 и его торцами (не показаны). Барабаны 1 и 3 установлены на едином роторе 18. Блокирующая вставка 9, размещенная в проточной части компрессора между входным 7 и выходным 8 патрубками компрессора, и блокирующая вставка 13, размещенная между входным 11 и выходным 12 патрубками турбины, образуют перепускные зазоры в проточной части компрессора и турбины, которые позволяют минимизировать перетечки, соответственно, сжатого воздуха и подогретого газа.
В предлагаемом устройстве качающиеся лопатки 2 компрессора и качающиеся лопатки 4 турбины закрепляются с помощью шарниров 19 на соответствующих барабанах 1 и 3, при этом лопатки 4 имеют противовесы 5, например, со съемными элементами, в полости барабана 3. Использование противовесов 5 позволяет уравновесить моменты центробежных сил, действующих на лопатки 4 при их вращении, и сил давления газа на лопатки, уменьшив потери мощности на трение торцов лопаток 4 о внутреннюю поверхность корпуса турбины 6. Подогрев сжатого воздуха в предлагаемом устройстве осуществляется с помощью устройства 14 непрерывно или импульсно. При непрерывном сжигании топлива (устройство 16 отсутствует) в устройстве подогрева 14 порция сжатого воздуха, расположенная между выходным патрубком 8 компрессора и лопаткой 4 турбины, находящейся в направлении вращении ротора 18 непосредственно за входным патрубком турбины 11, изобарно (при постоянном давлении) подогревается за счет энергии, высвобождающейся, например, при сгорании топлива в устройстве 14. Сжатый в компрессоре и подогретый в устройстве 14 газ расширяется, перемещая лопатки 4 турбины и приводя во вращение ротор 18. Реализуемый при непрерывном подогреве сжатого газа в устройстве 14 тепловой цикл аналогичен тепловому циклу двигателя внутреннего сгорания газотурбинного типа (цикла Брайтона). При этом компрессор играет роль циклового компрессора. При импульсном сжигании топлива в устройстве подогрева 14 сжатого газа используется отсечное устройство 16, которое устанавливается на трубопроводе 15. При этом порция сжатого газа, расположенная между отсечным устройством 16 и лопаткой 4 турбины, находящейся в направлении вращения ротора 18 непосредственно за патрубком 11, изохорно (при постоянном объеме) дополнительно сжимается и подогревается за счет энергии, высвобождающейся при сгорании топлива в устройстве 14. Отсечное устройство 16 отсекает газ от сжатого воздуха в трубопроводе 15. При этом сжатый и подогретый газ расширяется, перемещая лопатки 4 турбины и приводя во вращение барабан 3 и ротор 18. Реализуемый в этом случае тепловой цикл является аналогом теплового цикла двухтактного двигателя внутреннего сгорания поршневого типа. При этом компрессор играет роль наддувочного агрегата.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Атмосферный воздух поступает через входной патрубок 7 в компрессор. При этом барабан 1 компрессора с лопатками 2, установленными на нем с помощью шарниров 19, вращается совместно с ротором 18, и, соответственно, с барабаном турбины 3 и установленными на нем лопатками 4 с противовесами 5. Поступивший в компрессор воздух сжимается и через выпускной патрубок 8 компрессора нагнетается в трубопровод 15 и попадает в устройство для подогрева сжатого газа 14, например, выполненного в виде камеры сгорания. При этом возможен как непрерывный режим работы камеры сгорания 14. так и импульсный режим, представляющий собой дискретный нагрев порций сжатого газа. Импульсный режим позволяет осуществить отсечное устройство 16, устанавливаемое на трубопроводе 15. Далее подогретый сжатый газ по трубопроводу 17 поступает от устройства подогрева 14 в турбину через входной патрубок 11. В проточной части турбины подогретый сжатый воздух расширяется, перемещая в направлении вращения лопатки 4 турбины с противовесами 5, приводя в рабочее вращение ротор 18, с которого снимается полезная мощность и который приводит во вращение барабан компрессора 1. Затем отработанные газы выпускаются через выходной патрубок 12 турбины, и цикл работы двигателя повторяется.
ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Был изготовлен макет ротационного двигателя с внешней камерой сгорания. Компрессор и газовую турбину разместили в разных корпусах. Лопатки для компрессора выполнили криволинейными дугообразного вида и установили с помощью шарниров на барабане ротора. Лопатки для турбины с противовесами выполнили V-образного вида с внутренним углом около 115 градусов. Были изготовлены и установлены в проточной части компрессора и турбины внутренние блокирующие вставки, соответствующие размерам их проточной части. Были проведены рабочие экспериментальные запуски двигателя, которые позволили подобрать соответствующую массу противовесов и их форму, а также подобрать оптимальную геометрию лопаток. Эксперименты показали, что потери мощности на трение в паре лопатка - корпус и на перетечку газа при работе турбины с предлагаемой конструкцией лопаток ниже, чем у устройства по прототипу не менее чем на 10 процентов. При этом было отмечено снижение нагрузки на лопатки, что позволило отказаться от смазки внутренней поверхности корпуса и что, в свою очередь, позволило повысить температуру рабочего газа в проточной части турбины по сравнению с устройством по прототипу.
2. Было изготовлено несколько съемных элементов разной массы и формы с возможностью надежной фиксации на противовесе. Эксперименты показали, что установка съемных элементов на разных частях противовесов позволяет изменять режимы работы двигателя и минимизировать нагрузку на лопатки, снижая потери на трение, что позволяет утверждать о повышении эксплуатационных характеристик предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу.
3. Были проведены эксперименты с использованием устройства подогрева в виде камеры сгорания импульсного типа, для чего было выполнено отсечное устройство в виде обратного клапана. Эксперименты показали хорошую работоспособность предлагаемого устройства на импульсном режиме, что расширяет возможность применения предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу.
При этом во всех выполненных экспериментах было отмечено улучшение эксплуатационных характеристик предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу, при повышении экономичности предлагаемого устройства.
Источники информации
1. Патент РФ № 2209323.
2. Патент РФ № 2134806.
3. Патент РФ № 2006617.
4. Д.Рей, Д.Макмайкл. Тепловые насосы. Москва. Энергоиздат. 1982 г., с.43-46.
1. Ротационный двигатель внутреннего сгорания, включающий ротационный компрессор, содержащий барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода сжимаемого газа и отвода сжатого газа, устройство для подогрева сжатого в компрессоре газа, ротационную газовую турбину, содержащую барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода подогретого сжатого газа и отвода отработанного газа, и трубопроводы, соединяющие устройство подогрева с компрессором и турбиной, а также единый ротор, с которого снимается полезная мощность, расположенный эксцентрично внутренним поверхностям корпуса компрессора и корпуса турбины, отличающийся тем, что проточные части компрессора и турбины дополнены блокирующими вставками, барабан ротора турбины выполнен полым, а качающиеся лопатки компрессора и турбины установлены на барабанах ротора с помощью шарниров, при этом лопатки турбины дополнены противовесами, расположенными в полости барабана ротора.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что противовесы выполнены, по меньшей мере, с одним съемным элементом и, например, с возможностью фиксации съемного элемента на любой части противовеса.
3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство подогрева выполнено в виде устройства, сжигающего в атмосфере сжатого газа дискретные порции топлива, для чего трубопровод, соединяющий патрубок отвода сжатого газа из компрессора с устройством подогрева, дополнен отсечным устройством, например обратным клапаном.
www.findpatent.ru
Cтраница 2
Масса таких ротационных двигателей, приходящаяся на 1 кВт мощности, в 10 раз меньше, чем на такую же мощность у поршневых пневматических двигателей. [17]
Конструкция каждого ротационного двигателя очень компактна: это цилиндр диаметром около 60 мм и длиной 200 мм. Ротор каждого двигателя снабжен пятью лопатками, положение которых обеспечивает хорошее трогание с места при любом угловом положении шпинделя. [18]
Газовая турбина представляет собой ротационный двигатель, в котором внутренняя энергия рабочего тела с помощью направляющего аппарата и рабочего колеса с лопатками преобразуется в механическую энергию. Воздух сначала свимают с помощью осевого компрессора, а затем нагревают при постоянном давлении, сжигая газ в камере сгорания. Полученное таким образом рабочее тело, имеющее запас внутренней энергии, поступает в направляющий аппарат, где эта энергия преобразуется в кинетическую энергию струи, и далее на лопатки рабочего колеса, где превращается в механическую энергию. [19]
Пневмосверлилки состоят из ротационного двигателя, редуктора, шпинделя и пускового устройства. [20]
Коэффициент полезного действия реверсивного ротационного двигателя более низкий, чем у нереверсивного, так как у первого выхлоп происходит с недоиспользованным расширением воздуха. [21]
Рассмотрим, как действует ротационный двигатель, у которого в эксцентрическом роторе устроены цилиндры с поршнями. В нагнетательную половину его центральной полости поступает жидкость, нагнетаемая насосом. Из нее под давлением она переходит в цилиндры ротора и толкает их поршни. Концы поршней давят на внутреннюю неподвижную стенку корпуса, которая в этой половине удаляется от ротора. Благодаря наклонному положению этой стенки сила, с которой давит на нее каждый поршень, разлагается, и одна из ее составляющих заставляет поршни двигаться вдоль стенки корпуса. В результате эксцентрический ротор начинает вращаться. На второй стадии поворота стенка полости приближается к ротору и вталкивает поршни обратно в цилиндры. От этого отработавшая жидкость, потерявшая свою энергию, выталкивается из цилиндров в отводящую половину центральной полости и из нее по трубе сливается в бак. [22]
Аналогично может работать и ротационный двигатель лопастного типа. В тех местах, где стенки полости отходят от ротора, жидкость, нагнетаемая насосом через впускные окна, подается под лопасти, давит на них и заставляет ротор вращаться там, где стенка полости приближается к ротору. Отработавшая жидкость выталкивается через выпускные окна и стекает в бак. [23]
Состоит из корпуса, ротационного двигателя, двухступенчатого планетарного редуктора, стакана, механизма реверсирования с неподвижным корпусом и патрона с набором сменных гаек. [25]
Максимальное число оборотов ротора ротационного двигателя под нагрузкой, при давлении воздуха в сети 6 5 am зависит от диаметра ротора двигателя. [26]
Пневматические сверлильные машины с ротационным двигателем выпускаются заводами различной мощности для сверления отверстий в металле диаметром от 5 до 32 мм. [27]
У пневматических инструментов с ротационным двигателем последний, как правило, смазывают автоматически. Для этого в пневматическом инструменте предусмотрены специальные мас-локамеры с набивкой из ваты. Редуктор двигателя смазывают густой смазкой, обычно солидолом, при помощи шприца через масленку. Такой же смазкой смазывают и верхний подшипник ротора через масленку, ввернутую в верхнюю крышку. [28]
У пневматических инструментов с ротационным двигателем смазка последнего, как правило, происходит автоматически. Для этого в пневматическом инструменте предусматриваются специальные масло-камеры с набивкой из ваты. [29]
Напомним, что мы рассматриваем исключительно ротационные двигатели. [30]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
,% 66218
СССР
Класс 46 а 7.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВтОРСКОМу СнидетЕльСтву
Зарегистрировано в Б оро изобретений Госллана СССР
5, г- Р, -Тt
-"о о И-эсб;-ет.
О(tIпа1 а
А. С. Свистунов, Г. Д. Папандопуло . и Г. А. Свистунов
РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Заявлено 19 июля 1943 года в Наркомавиапром за № 9028 (322142) Опубликовано 30 апреля 1946 года
Уже известны ротационные двигатели с несколыиими рабо|чими цилиндрами, снабженными разделительными перепородками и парными ло пастными IIopIBHIIMIH, или с рядом парных порщней и соответствующям числом перегородок, разделяющих полость цилиндра на смежные рабочие камеры.
Предлагаемое изобретение касается подобного рода двигателей, но отличается тем, что выхлопные окна в смежных цилиндрах или в смежных камерах общего цилиндра смещены на различные расстояния относительно неподвижных раэделителыных перегородок. Это обеспечивает,полноту процесса сжатия.
На чертеже фиг. 1 схематически изображает аредлагаем ый ротационный одноцилиндровый двигатель, фиг. 2 — то же с двумя перегородками и двумя лопастными поршнямл, фиг. 2 и 3 схематически изображают случаи расположения выхлопных окон в двигателях с двумя цилиндрами на общем валу и фиг. 4 — то же с одним цилиндром и четырьмя перегородками.
Цилиндр 1 с помощью перегородок разделен на две zaMiepbI а и в.
Через него проходи т вал 2 с насаженным сво5одно ротором 3 с лопастями (поршнями) 4 и 5.
Верхняя перегородка имеет два канала б и 7 с управляемь1ми BbIx лопными клапанами 8 и 9. Рядом с ними расположены наддувочные— всасывающие клапаны 10 и 11.
Нижняя перегородка также имеет два канала с клапанами 12 и И, соединенные ресиверамк с клапанами10и П.
Сбоку, в ниэу расположены камеры 14 и 15 с автоматически действующими клапанами 1б и 17.
При вращениями ротора 3 по часовой стрелке воздух, находящийся перед лопастным поршнем (по ходу), будет сж иматься до тех пор, пока лопасть 5 не откроет выхлопное окно 18. После этого клапан 1б автоматически откроется и будет пропускать из атмосферы воздух для заполнения образующегося за лопастью 5 вакуума.
Когда лопасть 5 придет в верхнее мертвое положен не процесс сжатия будет завершен и топливо,. введенное в цилиндр, зажигают.
Под влиянием давления расширяющ ихся газов лопасть 5 пойдет в,№ бб218 обратном направлении. При этом засосанный через клапан lб воздух начнет сжиматься и будет собираться в камере 14 и в части камеры я перед клапаном 12.
Перед моментом прохождения лопастью 5 выхлопного окна 18 выхлопной клапан 8 открывается и происходит выхлоп. Когда лопасть
5 пройдет выхлопное окно 18, воздух, сжатый в .кам ере 14, расширяясь, продует рабочую полость камеры а и полностью очистит ее от остапков продуктов сгорания.
Тем временем лопасть ародолжает двигаться дальше и сжимать воздух, находящийся впереди нее.
Этот воздух вытеснится в ресивер и будет наход иться в нем до того момента, когда лопасть не изменит свое движение на обратное. В соответствующий момент клапан 10 откроется и этот воздух в качестве наддувочного дополнительного поступит в полость камеры а.
С целью обеспечения полноты сжатия выхлопные онна 18 в смежных цилиндрах (фиг. 2 IN 3) или в смежных камерах общего ц илиндра (фиг. 4) смещены на различные расстояния относительно неподвижных разделительных, перегородок 19 цилиндров l.
Предмет изобрете:ния
Ротационный двигатель с несколькими рабочими цилиндрами, снабженными разделительными перегородками и парнымн лопастньгми поршнями, или ic рядом парных поршней и соответствующим числом перегородок, разделяющих полость цилиндра на смежные рабочие камеры, отличающийся тем, что, с целью обеспечения полноты процесса сжатия .выхлопные окна в смежных цилиндрах или в смежных камерах общего цилиндра смещены на различные расстояния относительно неподвижных разделительных перегородок цилиндра. № 6G2)8
Фиг. 2
Фиг. 1
77
9 б 7
12
Фиг 3
Фиг. 4
Отв. редактор В. Н. Костров.
Техн. редактор Г. Ф. Соколова.
А01629. Подписано к печати 20/И-1948 r. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 304.
Типография Госпланиздата им. Воровского, г. Калуга
www.findpatent.ru
Изобретение относится к ротационному двигателю, работающему на сжимаемой среде. Двигатель содержит, по меньшей мере, один ротор 1 и, по меньшей мере, один статор 2, установленные между двумя взаимно сопряженными и параллельно размещенными подшипниковыми пластинами 3, выполненными с возможностью закрепления двусторонне выведенного ведущего вала 11 ротора 1, на который прикреплен ротационный поршень 12, помещенный в камере 21 статора 2, снабженной уплотняющими крышками 6. Поршень 12 с эллипсовидным сечением посажен в симметрично формованной трехгранной камере 21 с закругленными вершинами. Каждая вершина снабжена, по меньшей мере, одним каналом для впуска и выпуска сжатой среды, таким образом, что его продольная ось, которая соосна оси вала 11, смещена относительно продольной оси камеры 21 на значение эксцентриситета, для чего к одной из пластин 3 на валу 11 прикреплено центральное зубчатое колесо 7. По окружности колеса 7 равномерно размещены три сателлитных зубчатых колеса 8, которые жестко посажены на пальцах 81, установленных с возможностью вращения в подшипниковой пластине 3 и сопряженных со статором 2 при помощи поводковых штифтов 23, закрепленных в статоре 2 с эксцентриситетом е по отношению к осям пальцев 81. Изобретение направлено на создание двигателя с минимальным количеством движущихся элементов, с высоким КПД и надежностью при эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники
Изобретение относится к конструкции ротационного двигателя, работающего на сжимаемой среде, и, в частности, двигателя, приводимого сжатым газом или паром.
Уровень техники
Известны конструкции классических пневматических или паровых двигателей, содержащих кривошипный механизм и поршень, совершающий возвратное движение, недостатком которых являются значительные энергетические потери при изменении направления движения поршня. Подобным решением являются и двигатели, у которых кривошипный механизм был заменен косой пластиной. Известно также решение согласно EP 1084334, содержащее специальный кривошипный механизм, который позволяет поршню задержаться в его верхней мертвой точке, причем перед поршнем впускается сжатый воздух, который в результате своего расширения снова приводит поршень в движение. С технической точки зрения такое решение является очень сложным, и двигатель имеет низкий коэффициент полезного действия.
Другие известные конструкции ротационных пневматических двигателей используют эксцентрическую посадку ротора и подвижные уплотнительные пластины, как описано, например, в US 5174742, JP 11173101 или JP 7247949. Эти решения не позволяют использовать целую траекторию ротации для переноса энергии, что приводит к снижению КПД. Следующим недостатком тех решений является больший износ уплотнительных пластин и необходимость их смазки, а также необходимость использования специальных конструкционных материалов, что в результате приводит к повышению стоимости производства.
Известны также решения ротационных пневматических двигателей с двумя и более формованными роторами, которые при ротации образуют переменные рабочие полости, как в конструкциях, описанных, например, в JP 6017601, CS 173441, CZ 296486 или US 4797077. В этих решениях также нельзя использовать целую траекторию ротации для переноса энергии. Следующим важным недостатком является необходимость уплотнения больших площадей, большая общая масса двигателя и высокая производственная требовательность. Наконец, известно решение ротационного двигателя, согласно US 3221664, где ротационный поршень осуществляет комбинированное круговое и вращательное движение одновременно, а именно при помощи пальцев, эксцентрически установленных на трех сателлитных колесах, которые находятся в зацеплении с внутренним зубьями, помещенным в подшипниковой плите, жестко соединенной с неподвижным статором. Сателлитные колеса откачиваются по внутреннему зубчатому зацеплению и их центральные пальцы, вложенные в фланец центрального вала, перемещаются по окружности и таким образом вовлекают центральный вал в ротационное движение. Уплотнительные крышки жестко соединены с ротационным поршнем, тем самым двигаясь по торцевым поверхностям статора. Кольцевые пазы в уплотнительных крышках обеспечивают во время своего движения впуск и выпуск сжатой среды из присоединений. Недостатком этого решения является довольно сложная конструкция, а именно перенос целого возникающего крутящего момента с ротационного поршня на центральный вал.
Задачей изобретения является создание новой простой конструкции ротационного двигателя с минимальным количеством движущихся деталей, где не требуются никакие специальные детали для механического отделения отдельных рабочих фаз, которая также нетребовательна при производстве, имеет высокий КПД и надежность эксплуатации, и, вместе с тем, не наносит вреда окружающей среде.
Сущность изобретения
Указанная задача решается посредством создания ротационного двигателя согласно изобретению, работающего на сжимаемые среды и содержащего, по меньшей мере, один ротор и один статор, установленные между двумя взаимно сопряженными параллельно и размещенными подшипниковыми пластинами, выполненными с возможностью закрепления двусторонне выведенного ведущего вала ротора, на который прикреплен ротационный поршень, помещенный в камере статора, снабженной уплотняющими крышками, сущность которого состоит в том, что ротационный поршень с эллипсовидным сечением уложен в симметрично формованной трехгранной камере, снабженной закругленными вершинами, каждая из которых снабжена, по меньшей мере, одним каналом для впуска и выпуска сжатой среды, таким образом, что его продольная ось (op), которая соосна оси ведущего вала, с целью достижения одновременного кругового движения статора в противоположном направлении движению ротационного поршня, смещена относительно продольной оси (os) камеры статора на величину эксцентриситета (е), для чего к одной из подшипниковых пластин на ведущем валу прикреплено центральное зубчатое колесо, по окружности которого равномерно размещены три сателлитных зубчатых колеса, которые жестко посажены на пальцах, установленных с возможностью вращения в подшипниковой пластине, и сопряженных со статором при помощи поводковых штифтов, закрепленных в статоре с эксцентриситетом (е) по отношению к осям пальцев.
Согласно другому аспекту изобретения ротационный поршень сформирован таким образом, что между большой осью (а) и малой осью (b) эллипса и эксцентриситетом (е) действует отношение
а=b+2е,
причем как закругленные вершины камеры, взаимно повернутые на 120°, образованы на расстоянии (vv) от продольной оси (os) камеры статора, которая имеет значение
vv=а+е,
так и закругление вершин камеры соответствует закруглению ротационного поршня, стены камеры, противоположные вершинам, образованы на расстоянии (vs), которое соответствует радиусу вписанной окружности и имеет значение
vs=b+е,
а также переходные части поверхности камеры между вершинами и стенами образованы огибающей кривой, образованной движущимся ротационным поршнем.
Согласно еще одному аспекту изобретения сателлитные зубчатые колеса снабжены в два раза меньшим количеством зубьев, чем центральное зубчатое колесо, а их пальцы в подшипниковой пластине закреплены при помощи пальцевых подшипников, при этом каждый из пальцев на своем внешнем торце снабжен фиксирующим отверстием, образованным с отклонением от оси на значение эксцентриситета (e), причем в каждом фиксирующем отверстии посажен направляющий подшипник для закрепления поводковых штифтов, которые закреплены в статоре с таким же шагом, что и сателлитные зубчатые колеса.
Следующим преимуществом решения является посадка движущихся деталей в подшипниках, легкость их точной обработки и синхронно управляемое движение, что позволяет создать образование минимального зазора между ротационным поршнем и статором. Благодаря этому, ротационный поршень может бесконтактно поворачиваться во внутренней полости статора, тем самым повышая эффективность и долговечность двигателя. Отпадает необходимость в смазке контактных поверхностей, что представляет особое преимущество при эксплуатации пара. Немаловажным преимуществом является также возможность достижения динамической балансировки кругового движения статора при параллельном сдвиге всех его точек по окружности в радиусе эксцентриситета (e), лишь добавив один или более ротационных поршней на ведущий вал и соединив между собой соответствующие статоры с синхронным механизмом, то есть системами зубчатых колес и соответствующих им поводковым штифтам. При этом у двигателя имеется возможность легкого реверсирования направления всего лишь путем изменения регулировки перепускных клапанов. С точки зрения защиты окружающей среды преимущество решения заключается в сравнительно низкой шумности хода двигателя и отсутствии выделения выхлопов в период его эксплуатации. При использовании самосмазывающихся подшипников и центрального пластмассового зубчатого колеса двигатель может работать полностью без масла.
Краткое описание чертежей
Конкретный пример конструкции двигателя в соответствии с изобретением схематически показан на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг.1 - вид в вертикальном продольном разрезе двигателя;
фиг.2 - схематический профильный вид двигателя со стороны центрального зубчатого колеса;
фиг.3-5 - геометрические схемы ротора и статора для образования форм эллипсовидного поршня ротора, трехгранной камеры статора и огибающей кривой камеры статора; и
фиг.6 - отдельные фазы работы двигателя.
Варианты осуществления изобретения
Ротационный двигатель состоит из ротора 1 и статора 2, которые посажены между двумя параллельно размещенными подшипниковыми пластинами 3, которые взаимно сопряжены распорными элементами 4, например болтами, равномерно установленными по периметру. В средней части подшипниковых пластин 3 размещены подшипники вала 5, в которых посажен двусторонне выведенный ведущий вал 11 ротора 1, на котором соосно закреплен ротационный поршень 12 с эллипсовидным сечением, который сформирован таким образом, что между большой осью a и малой осью b эллипса и эксцентриситетом (e) действует отношение
a=b+2e.
Ротационный поршень 12 размещен в трехгранной камере 21 кольцевого статора 2, к торцевым поверхностям 22 которого двусторонне прикреплены, с преимуществом привинчены, уплотнительные крышки 6, снабженные центрированными отверстиями 61, позволяющими свободный проход ведущего вала 11. Форма камеры 21 статора 2 состоит из трех симметричных частей, а закругленные вершины 211, взаимно повернутые на 120°, образованы на расстоянии (vv) от продольной оси (os) статора 2, которая имеет значение
vv=a+e,
причем закругление вершины 211 камеры 21 соответствует закруглению ротационного поршня 12. Стены 212 камеры 21, противоположные вершинам 211, образованы на расстоянии (vs), которое соответствует радиусу вписанной окружности и имеет значение
vs=b+e.
Переходные части 213 поверхности камеры 21 между вершинами 211 и стенами 212 образованы огибающей кривой движущегося ротационного поршня 12, у которого продольная ось oP сдвинута относительно продольной оси os камеры 21 на значение эксцентриситета e, как изображено на фиг.3-5. В каждой из вершин 211 образован, по меньшей мере, один канал 214 для впуска и выпуска рабочей среды.
С внешней стороны одной из подшипниковых пластин 3 установлено на ведущем валу 11 центральное зубчатое колесо 7, по окружности которого равномерно под 120° установлены три сателлитных зубчатых колеса 8, которые снабжены в два раза меньшим количеством зубьев, чем центральное зубчатое колесо 7. Сателлитные зубчатые колеса 8 жестко посажены на пальцах 81, которые установлены с возможностью вращения, например, при помощи пальцевых подшипников 82, в подшипниковой пластине 3. Каждый из пальцев 81 на своем внешнем торце 811 снабжен фиксирующим отверстием 812, образованным с отклонением от оси на значение эксцентриситета e. В каждом фиксирующем отверстии 812 посажен направляющий подшипник 813 для закрепления поводковых штифтов 23, которые закреплены, например запрессованы, в статоре 2 с таким же шагом, что и сателлитные зубчатые колеса 8, и служат для переноса кругового движения статора 2 на ведущий вал 11.
Из вышеприведенного видно, что только общее описание ротационного двигателя не решает остальные связанные с этим и не изображенные узлы конструкции, например, такие как перепускные клапаны, в том числе управление ими и подача, смазка, охлаждение, маховик и т.д., которые не влияют на сущность предлагаемого решения. Точно так же изобретатель сознательно использует название «статор 2» для элемента, совершающего круговые движения, так как данный элемент в самом деле исполняет роль статора 2 по отношению к крутящемуся в обратном направлении ротационному поршню 12.
Главным параметром для определения величины ротационного двигателя при образовании эллипсовидной формы ротационного поршня 12 и формы трехгранной камеры 21 статора 2 является избираемое значение эксцентриситета e, то есть смещение оси oS трехгранной камеры 21 статора 2 относительно оси oP ротационного поршня 12, выполняющего простое вращательное движение. В оптимальном случае выбора сечения ротационного поршня 12 длина а большой оси эллипса в пять-шесть раз превышает значения эксцентриситета e, в связи с чем малая ось b при повороте ротационного поршня 12 на 90° должна касаться стен трехгранной камеры 21, значит, последняя в два раза меньше значения эксцентриситета e. Трехгранная камера 21 образована таким образом, что переходную кривую между закругленными вершинами 211 и стенами 212, размеры которой ограничены вписанной окружностью, образует огибающая кривая ротационного поршня 12, вращающегося с вдвое большей скоростью, чем одновременно вращающийся в противоположном направлении статор 2 на окружности радиусом эксцентриситета e, причем все его точки в любом моменте движения параллельно перемещены на значение эксцентриситета e. Комбинированное движение ротационного поршня 12 и статора 2 можно заменить так, что статор 2 остается неподвижным, а ротационный поршень 12 движется планетарно, причем центр эллипса движется по окружности радиусом эксцентриситета e под определенным углом и одновременно с этим ось oP эллипса, а именно ротационного поршня 12, поворачивается в противоположном направлении под в два раза меньшим углом, как видно на фиг.5. Таким методом можно определить наиболее удаленные контактные точки эллипса, при касательном соединении которых с закруглением вершин 211 возникнет огибающая кривая, которой на противоположной стороне будут касаться и боковые части эллипса ротационного поршня 12.
Работа двигателя опирается на положение ротационного поршня 12, одна из кривых которого находится в одной из вершин 211 статора 2, где закрывает соответствующий канал 214 для впуска сжатой среды, причем своей поверхностью двусторонне симметрично прикасается к стенам 212 статора 2. При повороте ротационного поршня 12, изображенного на фиг.6, его точки, контактирующие с обеими стенами 212, начинают удаляться друг от друга, а в камере 21 возникает рабочая полость 215, в которую по прилегающему каналу 214 через непоказанный перепускной клапан начинает поступать рабочая среда, которая своей экспанзией поворачивает ротационный поршень 12 до максимально возможного объема, что представляет собой при повороте ротационного поршня 12 на 90°. Одновременно с этим на обратной стороне ротационного поршня 12 заканчивается предыдущий рабочий цикл в рабочей полости 215, находящейся у другой вершины 211, которая опоражнивается через соответствующий канал 214. После опорожнения ротационный поршень 12 у вершины 214 принимает исходную позицию, и процесс повторяется описанным выше способом. С учетом трехгранной формы камеры 21 впуск нагнетательной среды происходит в направлении, противоположном вращению ротационного поршня 12, а именно всегда после его поворота на 60°, т.е. шесть раз за одно вращение. Из вышеописанного видно, что отдельные рабочие циклы, происходящие в рабочих полостях 215 соответствующих вершин 211, взаимно перекрываются, так как достигают максимальной рабочей полости 215 при повороте рабочего поршня на 90°, но уже при его повороте на 60° начинается у соседней вершины 211 следующий рабочий цикл.
Описанное решение конструкции не является единственно возможным выполнением ротационного двигателя, так как в зависимости от величины и требующейся мощности можно в каждой вершине образовать вместо одного два канала 214 для самостоятельных впуска и выпуска сжатой среды, а также выполнение и спаривание подшипниковых пластин 3 может быть различным в зависимости от конкретного выполнения конструкции ротора 1 и статора 2.
Промышленная применимость
Ротационный двигатель в соответствии с изобретением можно применять в различных отраслях промышленности и транспорта в качестве экологически чистой силовой единицы машин, транспортных средств и другого оборудования.
1. Ротационный двигатель, работающий на сжимаемой среде, содержащий, по меньшей мере, один ротор (1) и, по меньшей мере, один статор (2), установленные между двумя взаимно сопряженными и параллельно размещенными подшипниковыми пластинами (3), выполненными с возможностью закрепления двусторонне выведенного ведущего вала (11) ротора (1), на который прикреплен ротационный поршень (12), помещенный в камере (21) статора (2), снабженной уплотняющими крышками (6), отличающийся тем, что ротационный поршень (12) с эллипсовидным сечением посажен в симметрично формованной трехгранной камере (21), снабженной закругленными вершинами (211), каждая из которых снабжена, по меньшей мере, одним каналом (214) для впуска и выпуска сжатой среды, таким образом, что его продольная ось (op), которая соосна оси ведущего вала (11), с целью достижения одновременного кругового движения статора (2) в направлении, противоположном движению ротационного поршня (12), смещена относительно продольной оси (os) камеры (21) статора (2) на значение эксцентриситета (e), для чего к одной из подшипниковых пластин (3) на ведущем валу (11) прикреплено центральное зубчатое колесо (7), по окружности которого равномерно размещены три сателлитных зубчатых колеса (8), которые жестко посажены на пальцах (81), установленных с возможностью вращения в подшипниковой пластине (3), и сопряженных со статором (2) при помощи поводковых штифтов (23), закрепленных в статоре (2) с эксцентриситетом (е) по отношению к осям пальцев (81).
2. Ротационный двигатель по п.1, отличающийся тем, что ротационный поршень (12) образован таким образом, что между большой осью (a) и малой осью (b) эллипса и эксцентриситетом (e) действует отношениеa=b+2e,причем закругленные вершины (211) камеры (21), взаимно повернутые на 120°, образованы на расстоянии (vv) от продольной оси (os) камеры (21) статора (2), которая имеет значениеvv=a+e,а закругление вершин (211) камеры (21) соответствует как закруглению ротационного поршня (12), так и стены (212) камеры (21), противоположной вершинам (211), образованы на расстоянии (vs), которое соответствует радиусу вписанной окружности и имеет значениеvs=b+е,а также и переходные части (213) поверхности камеры (21) между вершинами (211) и стенами (212) образованы огибающей кривой движущегося ротационного поршня (12).
3. Ротационный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что сателлитные зубчатые колеса (8) снабжены в два раза меньшим количеством зубьев, чем центральное зубчатое колесо (7), а их пальцы (81) закреплены в подшипниковой пластине (3) при помощи пальцевых подшипников (82), при этом каждый из пальцев (81) на своем внешнем торце (811) снабжен фиксирующим отверстием (812), образованным с отклонением от оси на значение эксцентриситета (е), причем в каждом фиксирующем отверстии (812) посажен направляющий подшипник (813) для закрепления поводковых штифтов (23), которые укреплены в статоре (2) с таким же шагом, как и сателлитные зубчатые колеса (8).
www.findpatent.ru
Cтраница 3
Пневматическая турбинка, состоящая из четырехлопастного ротационного двигателя и червячного редуктора, предназначена для передачи вращательного движения мешалки при перемешивании лакокрасочных материалов в баке. [31]
Механизм подачи проволоки работает от воз-ушного ротационного двигателя с центробеж-о-фр икциониым регулятором скорости враще-ия, вмонтированным в рукоятку аппарата. Вра - 1вние ротора двигателя и распыление металла роизводится сжатым воздухом. [33]
Конструкция сверлильной машины И-68 с ротационным двигателем представлена на фиг. Машина состоит из следующих основных узлов: рукоятки с пусковым устройством, ротационного четырехлопаточного двигателя с регулятором числа оборотов, редуктора со шпинделем и механизма подачи. [34]
Вращение может осуществляться поршневыми или ротационными двигателями. Поршневой двигатель обычно состоит из цилиндра с поршнем, связанным при помощи шатуна с коленчатым валом, преобразующим возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое с помощью зубчатых передач сообщается шпинделю пневматического инструмента. [35]
В пневматических инструментах широкое применение находят ротационные двигатели. Они по конструкции проще поршневых, это положительно сказывается на весе, а также на габаритах двигателя и самого инструмента. [36]
Для поддержания соответствующего числа оборотов шпинделя ротационный двигатель снабжен центробежным регулятором числа оборотов, который ввернут в верхний конец ротора. [37]
В пневматическом шабере, не имеющем ротационного двигателя ( рис. 26, б), рабочий ход инструмента Происходит при подаче сжатого воздуха, а обратный отвод - пружиной, сжатой при рабочем ходе. [38]
Наибольшее распространение имеют сверлйЛьные машины с ротационным двигателем. [39]
Рассмотрена задача о расчете давления в камере ротационного двигателя с помощью дифференциальных уравнений термодинамики переменной массы. [40]
Вместо электрического исполнительного двигателя в рассматриваемом случае используется гидравлический ротационный двигатель. Управление потоками жидкости ведется электрогидравлическими золотниками, управляемыми сигналом рассогласования, формируемым сравнивающим устройством. Двигатель связан с ходовым винтом салазок зубчатой передачей. В небольших станках могут быть использованы поршневые гидроцилиндры. [41]
Пневматические гайковерты и отвертки применяются главным образом с ротационными двигателями. Конструкция одного из таких гайковертов типа И-51 показана на фиг. Для удобства включения и выключения на рукоятке расположен курок 3, который управляет клапаном 1 выпуска воздуха. Вал 5 ротора оканчивается шестерней, входящей в зацепление с тремя промежуточными шестернями 6, обкатывающимися по неподвижному венцу. [42]
На рис. 73 изображена пневматическая угловая щетка с нереверсивным ротационным двигателем, которой в течение часа можно очистить до 5 - 6 м2 металлической поверхности. Сжатый воздух из заводской сети поступает через шланг внутрь рукоятки 8, При нажатии пальцем на нижнюю головку 9 цилиндрического золотника 7 кольцевая проточка его совмещается с воздушным каналом 5, имеющимся в корпусе, сжатый воздух устремляется в рабочую полость пневмодвигателя, действует на лопатки ротора 6, заставляет его вращаться. [43]
В связи с этим большинство современных пневматических инструментов имеет ротационный двигатель. [44]
В ручных пневматических машинах вращательного действия применяются в основном поршневые, турбинные и ротационные двигатели. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Использование: в машиностроении, в частности в ротационных двигателях. Сущность изобретения: двигатель содержит статор с впускным и выпускным панелями, рабочий цилиндр спиралеобразной формы с продольной прорезью с перекрещивающимися концами на входе и выходе. Ротор выполнен с поршнями, расположенными под углом 120o один относительно другого. В роторе выполнена амортизационная камера, сообщенная с входом рабочего цилиндра, а площадь камеры в продольном сечении превышает площадь поршня. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к ротационным двигателям, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.
Известен двигатель, который имеет ряд рабочих цилиндров, расположенных в статоре, в которых поочередно взаимодействуют три из четырех, расположенных под углом 90о роторных поршней. Недостатки двигателя: наличие распределительного цилиндра, ненадежное уплотнение и невысокий КПД и долговечность. Техническая задача повышение КПД, надежности и долговечности двигателя. Технический результат достигается тем, что в двигателе, содержащем статор с впускным и выпускным каналами, рабочий цилиндр выполнен спиралеобразной формы с продольной прорезью и перекрещивающимся концами на входе и выходе. Ротор выполнен с поршнями, расположенными под углом 120о один относительно другого. В роторе выполнена амортизационная камера, сообщенная с входом рабочего цилиндра, а площадь камеры в продольном сечении превышает площадь поршня. На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 разрез ротора с амортизационной камерой; на фиг.4 диск с поршнями. Двигатель содержит ротор 1 со спиралеобразным цилиндром 2 с плавно входящим и выходящим концами, в которые поочередно входит один из трех поршней 3, установленных на поршневом диске 4. Поршневой диск 4 установлен на пальце 5 и имеет возможность свободно вращаться. Диск 4 несет три жестко закрепленных поршня 3, на которых установлен ряд поршневых колец 6 для уплотнения. Поршни 3 расположены под углом 120о один относительно другого развернуты на угол шага спиралеобразного цилиндра 2. Диск 4 с поршнями 3 может быть выполнен за одно целое. Спиралеобразный цилиндр 2 имеет прорезь, в которой скользит соединяющее устройство поршня 3 с поршневым диском 4. При вращении поршни 3 находятся в постоянном зацеплении со спиралеобразным цилиндром и, вращая поршневой диск, сменяют друг друга. Ротор 1 состоит из двух половинок, жестко скрепленных между собой. На обеих половинках выполнена амортизационная камера 7. Амортизационная камера 7 выполняется с возможностью наибольшей площади радиального сечения, больше чем площадь сечения цилиндра 2. Амортизационная камера 7 соединена входным отверстием 8 через вырез 9 с входным патрубком 10. На выходе камера 7 соединяется с прорезью 11, которая выполнена на входе спиралеобразного цилиндра 2 и сообщает камеру через цилиндр с поршнем 3. Двигатель работает следующим образом. При прохождении выреза 9 сообщение входного отверстия патрубка 10 с амортизационной камерой 7 прекращается и в этот момент на радиальное сечение камеры 7 противодействует площадь поршня 3 за счет расширяющейся способности рабочей среды, т. е. рабочая среда (например, пар), расширяясь, продолжает производить полезную работу. С другой стороны, на выходе спиралеобразного цилиндра 2 выполнена прорезь 12, сообщающаяся через отверстие с радиальным вырезом 13, выполненным по всей окружности боковой крышки-фланца 14, которое сообщается с выхлопным отверстием 15. Таким образом, выходное отверстие 12 постоянно сообщается, в любом положении ротора, с выхлопным отверстием 15. При перестановке крышек 14 и 16 (фиг.1) и повороте ротора 1 двигатель может изменить направление вращения. При принудительном вращении ротора, в любом направлении, двигатель может работать как компрессор, создавая большие объемы и давление. Предлагаемый двигатель имеет в своем цикле постоянный рабочий такт, так как вход и выход спиралеобразного цилиндра перекрещиваются, что создает возможность входной и выходной прорезей быть разнесенными в противоположные стороны, а выходное отверстие, в момент наивысшего давления, перекрыто двумя поршнями 3, между которыми сохраняется избыточное давление предыдущей порции. Расширение рабочей среды воздействует на ротор постоянно до момента совпадения отверстия 8 с отверстием входного патрубка 10. После чего такт и цикл повторяются.Формула изобретения
РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с впускным и выпускным каналами, рабочий цилиндр и ротор с поршнями, установленный на валу, отличающийся тем, что рабочий цилиндр выполнен спиралеобразной формы с продольной прорезью и перекрещивающимися концами на входе и выходе, поршни расположены под углом 120o друг относительно друга, а в роторе выполнена амортизационная камера, сообщенная с входом рабочего цилиндра, при этом площадь амортизационной камеры в продольном сечении превышает площадь поршня.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4www.findpatent.ru
