Использование: в машиностроении при создании роторно-лопастных двигателей. Сущность изобретения: роторно-лопастной двигатель содержит корпус с всасывающим и выхлопным окнами, торцевую крышку, центральный вал и два лопастных ротора, валы которых установлены на центральном валу соосно с ним и с возможностью независимого вращения от него и один от другого, жестко закрепленный вне корпуса на наружном конце центрального вала маховик, свечу зажигания, и механизм периодического изменения скоростей вращения роторов, который содержит полуось, установленную на эксцентриковом элементе с наружной стороны торцевой крышки параллельно центральному валу с возможностью ее перемещения по эксцентричной относительно центрального вала окружности, посредством ее закрепления на эксцентриковом кольце, установленном эксцентрично центральному валу с возможностью его вращения вокруг своей оси на опорных подшипниковых элементах, которые укреплены с внешней стороны торцевой крышки. Два водила жестко закреплены по одному на наружных концов вала каждого ротора, причем водила размещены вдоль радиусов, симметрично расположенных по разные стороны от указанной полуоси, а свободный конец каждого из водил шарнирно связан с ней посредством тяги. На наружном конце центрального вала жестко закреплено третье водило, сквозь радиальный паз которого проходит указанная полуось с возможностью ее перемещения вдоль указанного паза. 4 з. п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании роторно-лопастных двигателей высокой энергоемкости, а также роторно-лопастных насосов, компрессоров и гидроприводов.
Из патентной литературы известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой с окнами впуска и выпуска рабочей среды, закрытой торцевыми крышками, имеющий форму прямого цилиндра, центральный вал, расположенный по оси камеры с возможностью вращения в торцевых крышках, рабочие органы в виде частей камеры, отсеченных радиальными плоскостями, параллельными оси камеры и пересекающими ее, размещенные внутри камеры, жестко укрепленные попарно-симметрично на валах, соосно установленных на центральном валу с возможностью вращения на нем независимо один от другого, и механизм периодического изменения скоростей вращения валов рабочих органов, состоящий из двух самостоятельных частей, установленных в противофазах на торцевых крышках снаружи рабочей камеры и содержащих по дополнительному валу и по две пары эллиптических шестерен. (FR N 1305903, кл. F 02 B, 1962). Однако механизм периодического изменения скоростей вращения валов, содержащий эллиптические шестерни и дополнительные валы, существенно снижает КПД устройства, усложняет конструкцию, снижает технологичность механизма из-за необходимости применения эллиптических шестерен и исключает возможность изменения степени вытеснения в процессе работы. Также известен поршневой насос с переменной подачей, у которого механизм периодического изменения скорости вращения валов выполнен в виде двух водил, установленных в плоскостях, перпендикулярных центральному валу, соответственно жестко закрепленных на валу рабочего органа и на центральном валу, свободный конец каждого из которых посредством промежуточной тяги шарнирно соединен с промежуточным эксцентриковым кольцом, причем эксцентриковое кольцо установлено эксцентрично относительно центрального вала с возможностью изменения величины эксцентриситета (US N 2426631, кл. 418-18, 1947). Указанный насос имеет настолько сложную конструкцию, что практически исключает возможность его широкого применения по причинам сложности изготовления, обслуживания и вследствие этого, низкой надежности. Указанные причины обусловлены тем, что кольцевая камера (вращающаяся) выполнена внутри одного вала-ротора с внутренними секторообразными выступами, образующими раздельные рабочие камеры переменного объема совместно с располагающимися между ними внешними секторообразными выступами второго ротора вала, а впуск-выпуск рабочей среды осуществляется через продольные и поперечные каналы центрального вала. Причем все механизмы размещены внутри эксцентрикового кольца, являющегося внутренним корпусом и установленным внутри внешнего корпуса, закрытого торцевыми крышками. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности и простоте конструкции является роторно-поршневой двигатель, содержащий корпус с всасывающими и выхлопными окнами, в котором выполнена поршневая камера, оснащенная двумя роторными поршнями, совершающими неравномерные вращения и образующими камеры сгорания переменного объема, свечу зажигания, приводной элемент с валом, соединенным с другим устройством, который изменяет и передает вращение первого поршня, содержащее ведущий и ведомый кулачки и два толкателя, третье устройство, расположенное в блоке для синхронизации действия первого и второго устройств (US, N 4194871, F 01 C 1/00, 1980). Однако указанный двигатель имеет следующие существенные недостатки: его механизм конструктивно сложен, содержит несколько взаимодополняющих устройств, наличие кулачков и толкателей обуславливают неизбежные зазоры и люфты, снижающие надежность и долговечность двигателя, четкость работы его элементов, и исключает возможность изменения степени сжатия, а значит сужает его функциональные возможности. Целью изобретения является создание роторно-лопастного двигателя с простым и надежным в работе механизмом периодического плавного изменения скорости вращения роторов при равномерном вращении центрального вала и сохранением возможности изменения степени сжатия-вытеснения как произвольно, так и автоматически, а значит и с возможностью применения в двигателе различных видов топлива. Это достигается тем, что роторно-лопастной двигатель содержит корпус с всасывающим и выхлопным окнами, торцевую крышку, центральный вал, два лопастных ротора, валы которых установлены на центральном валу соосно с ним и с возможностью вращения, независимо от него и одного от другого, концы которых совместно с одним из концов центрального вала пропущены наружу сквозь торцевую крышку, жестко закрепленный на наружном конце центрального вала маховик, свечу зажигания и механизм периодического изменения скорости вращения роторов, выполненный с возможностью плавного периодического изменения скоростей их вращения с взаимопротивоположными знаками ускорения, для чего указанный механизм содержит полуось, установленную на эксцентриковом элементе с наружной стороны крышки параллельно центральному валу с возможностью ее перемещения по эксцентричной окружности, например, посредством ее закрепления на эксцентриковом кольце, установленном эксцентрично относительно центрального вала с возможностью его вращения вокруг своей оси на опорных подшипниковых элементах, укрепленных с внешней стороны торцевой крышки, два водила, жестко закрепленные по одному на наружных концах валков каждого из роторов с возможностью вращения в плоскостях, перпендикулярных центральному валу, причем указанные водила размещены вдоль радиусов, симметрично расположенных по разные стороны от указанной полуоси, свободный конец каждого из водил шарнирно связан с полуосью посредством промежуточной тяги, а на наружном конце центрального вала жестко закреплено еще одно водило с радиальным пазом, в который пропущена указанная полуось с возможностью ее перемещения вдоль указанного паза. Это водило может быть выполнено с возможностью исполнения функции маховика в виде массивного диска с аналогичным радиальным пазом. Эксцентриковый элемент, например, эксцентриковое кольцо, на котором закреплена полуось, может быть установлено на крышке с возможностью изменения его эксцентриситета, например, посредством ползуна с жестко закрепленным на нем полуосями опорных подшипниковых элементов. На корпусе двигателя может быть выполнена вторая пара всасывающего и выпускного окон, заглушенных при работе в режиме четырехтактного двигателя и разглушенных в режиме работы насоса, компрессора и гидропривода. Кроме того, двигатель может быть снабжен системой форкамерного розжига сжатой топливно-воздушной смеси, выполненной, например, в виде патрубка, установленного снаружи корпуса, или канала, выполненного в теле корпуса с возможностью кратковременного впуска горячей смеси из зоны вытеснения перед началом выхлопа в зону сжатой смеси в момент начала ее зажигания. На фиг.1 изображена примерная конструкция основных элементов двигателя; на фиг. 2 и 3 соответственно поперечный и продольный разрезы двигателя; на фиг. 4-6 схема работы механизма периодического изменения скоростей вращения роторов, положение водил и дополнительных тяг при различных местоположениях полуоси при ее перемещении по эксцентричной относительно центрального вала окружности. Двигатель содержит полый цилиндрический корпус 1 с всасывающим 2 и выхлопным 3 окном, закрытый торцевой крышкой 4, внутри которого помещены установленные на центральном валу 5 с возможностью вращения независимо от центрального вала и одного от другого два ротора 6 и 7 с парными, расположенными диаметрально противоположно лопастям 8 и 9, имеющими секторообразное поперечное сечение, посредством которых полость внутри цилиндрического корпуса разделена на четыре рабочие камеры 10-13, переменного объема, причем валы 14 и 15 роторов и центральный вал расположены коаксиально, а их концы с одной стороны пропущены из корпуса наружу через центральное отверстие в крышке с возможностью вращения в нем. По наружному торцу крышки эксцентрично относительно центрального вала с возможностью вращения вокруг своей оси установлен эксцентриковый элемент, например, эксцентриковое кольцо 16 на опорных подшипниковых элементах 17, на котором параллельно центральному валу закреплена полуось 18 с возможностью ее перемещения по эксцентричной окружности, причем полуоси 19-21 опорных подшипниковых элементов закреплены, например, на ползуне 22, установленном на крышке с возможностью изменения величины эксцентриситета эксцентрикового элемента. На наружных концах всех трех валов укреплено по одному водилу 23-25, ориентированных вдоль радиусов с возможностью вращения совместно с соответствующим валом. Свободные концы всех трех водил кинематически связаны с общей для них всех полуосью 18, причем водила 23 и 24, укрепленные соответственно на валах роторов, расположены симметрично вдоль радиусов по разные стороны от полуоси и шарнирно связаны с ней посредством промежуточных тяг 26 и 27, а водило 25,укрепленное на центральном валу, кинематически связано с этой же полуосью посредством радиального паза 28, выполненного на указанном водиле, через который пропущена с возможностью перемещения вдоль паза указанная полуось. Указанное водило может быть выполнено в виде диска-маховика 29 с аналогичным радиальным пазом. На корпусе могут быть выполнены дополнительные всасывающее окно 30 и выпускное окно 31, заглушенные заглушками 32, которые при необходимости могут быть сняты, а также устройство для кратковременного сообщения между собой в определенные моменты зоны сжатия и зоны вытеснения, выполненное, например, в виде патрубка 33, установленного снаружи корпуса или в виде канала, выполненного в теле корпуса, с выходом к месту расположения свечи зажигания 34. Двигатель в четырехтактном режиме работает следующим образом. Вращение роторов 6 и 7 с периодически переменной скоростью осуществляется за счет работы механизма периодического изменения их скоростей. Поскольку полуось 18, ведомая водилом 25, перемещается совместно с эксцентриковым элементом по концентрической относительно центрального вала 5 окружности параллельно указанному валу, она в течение одного оборота то приближается к валу, то отдаляется от него. При этом промежуточные тяги 26 и 27 при крайних положениях полуоси 18 располагаются относительно друг друга под острым углом симметрично по разные стороны полуоси, максимально сближая друг с другом водила 23 и 24 роторов, причем вершина указанного угла в одном из положений обращена в сторону вала, в другом в противоположную сторону, а значит, в течение одного оборота тяги 26 и 27 дважды проходят в положение угла между ними, равному 180о, максимально раздвигая водила 23 и 24, за счет чего роторы вращаются с переменными ускорениями, противоположными по знакам, и значит, лопасти 8 и 9 роторов не только вращаются, но и поочередно то сближаются друг с другом, то раздвигаются относительно друг друга, увеличивая в течение одной четверти оборота объем рабочей камеры, образованной между ними, и уменьшая этот объем течение последующей четверти оборота. Так как уменьшение или увеличение объема рабочей камеры всегда точно происходит в одном и том же участке, равной одной четверти всего объема корпуса, весь его объем условно разделен на постоянно находящиеся в одних и тех же соответствующих местах корпуса четыре зоны последовательно расположенных одна за другой: зону всасывания (впуска), зону сжатия, зону расширения (рабочего хода) и зону выхлопа (вытеснения). В зоне впуска за счет перемещения лопасти 9 открывается всасывающее окно 2, и в рабочую камеру (на фиг.2 поз. 10) всасывается рабочая смесь, поскольку именно в этот момент происходит увеличение объема указанной камеры. И далее последовательно в указанной камере при ее прохождении через следующие зоны происходят сжатие рабочей среды, ее воспламенение при прохождении камеры против свечи зажигания 34, расширение газов вследствие горения смеси и вследствие воздействия высокого давления на лопасти камеры, которые в этот момент раздвигаются, а через механизм периодического изменения скоростей роторов, силовой импульс передается на центральный вал, совершается такт рабочего хода двигателя и, наконец, выпуск отработанных газов через выхлопное окно, которое в этот момент оказывается не перекрытым лопастью 9. Поскольку рабочих камер четыре и каждая из них в течение оборота проходит через все зоны, то тактов рабочего хода в течение одного оборота роторов совершается четыре. Указанное обстоятельство способствует увеличению мощности двигателя вдвое по сравнению с четырехтактным двигателем с кривошипно-шатунным механизмом, поскольку в последнем четырехтактный цикл в одном цилиндре совершается в течение двух оборотов коленвала, обеспечивает более равномерное вращение центрального вала, уменьшает вибрацию двигателя. По сравнению с избранным прототипом работа двигателя отличается тем, что изменение скорости вращения роторов происходит не рывками, с полной поочередной остановкой того или иного ротора, а с плавным изменением ускорений их вращения, причем с взаимопротивоположными знаками, за счет чего взаимно компенсируются переменные нагрузки, и без полной остановки роторов. Путем простейшего устройства, выполненного в виде, например, патрубка 33, установленного снаружи корпуса, возможно осуществление форкамерного розжига сжатой рабочей смеси путем кратковременного впуска в камеру с подготовленной рабочей смесью горячих газов из предыдущей рабочей камеры, вследствие чего повышается надежность работы двигателя, а свечу зажигания после запуска можно отключить от источника электропитания. Если же эксцентриковый элемент установить с возможностью изменения его эксцентриситета, например, посредством ползуна 22, то тем самым возможно простейшим образом изменять степень сжатия в рабочих камерах как произвольно, так и автоматически, а значит двигатель может работать на различных видах горючего: на водородном топливе, бензине, дизельном топливе и др. или с автоматическим переходом работы двигателя с одного вида топлива на другой. При этом форкамерный розжиг обеспечит надежное воспламенение трудновоспламеняемых смесей. Конструкция двигателя допускает его применение и в качестве насоса, компрессора или гидропривода, т.к. механизм периодического изменения скоростей вращения роторов кинематически обратим, возможность изменения степени сжатия позволяет работать ему в качестве насоса на различных по вязкости средах, а в качестве гидропривода с бесступенчатым изменением скорости вращения центрального вала. Для обеспечения указанного применения на корпусе должны быть выполнены дополнительные всасывающее (впускное) 32 окно и выхлопное (выпускное) окно 31, заглушенные при работе устройства в качестве четырехтактного двигателя, расположенные соответственно в зонах сжатия и расширения.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6www.findpatent.ru
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к роторным двигателям внутреннего сгорания (ДВС).
Известны роторно-лопастные двигатели с уплотняющими лопатками (см. Е.И. Акатов и др. Судовые роторные двигатели. Судостроение, Ленинград, 1967, с.29, рис.5). Значительные знакопеременные инерционные нагрузки от масс лопастей и уплотняющих элементов в этих двигателях вызывают повышенные износы, наклепы поверхности корпуса, усиленную вибрацию и обуславливают низкую окружную скорость ротора, большие механические потери и недолговечность работы.
В качестве прототипа принят двигатель (DE 523979 A, 30.04.1931, F 04 C 2/352), имеющий разделительные пластины, снабженные цапфами, опирающимися на подшипники, помещенные в кольцевых расточках боковых крышек. Такое исполнение машины позволяет устранить нагрузки от лопастей на корпус, но высокая скорость вращения роликов, большие нагрузки на них от сил инерции масс лопастей и трение при скольжении лопастей по боковым поверхностям пазов ротора приводят к большим механическим потерям и недолговечности работы машины.
Известные роторные ДВС имеют прерывистое зажигание искровыми свечами или прерывистым впрыском топлива через форсунки. Эти устройства относительно сложны и ненадежны.
Кроме того, у известных роторно-лопастных ДВС впускные и выпускные окна расположены на одинаковом расстоянии от камеры сгорания, что обуславливает одинаковую степень сжатия и расширения.
Задачей изобретения является снижение механических потерь (работы трения) разделительных лопастей о внутреннюю поверхность корпуса и о боковые поверхности пазов ротора, а также снижение величины протечек рабочего тела через зазоры между концами разделительных лопастей, не контактирующих с внутренней поверхностью корпуса роторно-лопастных двигателей.
Кроме того, задачей изобретения роторно-лопастного ДВС является обеспечение благоприятных условий для термодинамических процессов.
Эти задачи решаются тем, что в роторно-лопастном двигателе, содержащем корпус с торцовыми крышками, сторонами сжатия и расширения, впускными и выпускными окнами, камеру сгорания, установленный эксцентрично внутренней поверхности корпуса на подшипниках ротор с пазами, в которых размещены разделительные лопасти с образованием межлопатных камер, не контактирующие с внутренней поверхностью корпуса и имеющие внешние ролики на цапфах, согласно изобретению внешние ролики лопастей размещены в кольцевых пазах колец, имеющих возможность вращения соосно с внутренней поверхностью корпуса, установленных, например, на подшипниках качения на шипах торцовых крышек, а лопасти имеют внутренние ролики на цапфах, размещенные с возможностью качения в пазах ротора.
Такое решение позволяет по сравнению с прототипом резко снизить угловую скорость вращения внешних роликов, а наличие внутренних роликов уменьшает силу трения лопастей в пазах ротора, что снижает механические потери в двигателе.
Задача снижения протечек рабочего тела через зазоры между концами разделительных лопастей и внутренней поверхностью корпуса решается увеличением угловой скорости ротора и количества разделительных лопастей, что в прототипе ведёт к снижению работоспособности.
Задача обеспечения благоприятных условий для термодинамических процессов в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания решается тем, что участок корпуса на стороне сжатия выполнен охлаждаемым, а на стороне расширения и в районе камеры сгорания - теплоизолированным из жаростойкого материала. Такое решение снижает в цикле работу сжатия и уменьшает потери тепла в охлаждающую среду.
Для снижения потерь тепла с отработанными газами в двигателе впускные окна размещены на внутренней поверхности корпуса ближе к камере сгорания, чем выпускные, а стенки выпускных окон в поперечном сечении двигателя выполнены тангенциально внутренней поверхности корпуса.
Для осуществления непрерывного горения в роторно-лопастном двигателе камера сгорания соединяет несколько межлопастных камер.
На фиг. 1 изображен роторно-лопастной двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.З - поперечный разрез по Б-Б на фиг. 1.
Роторно-лопастной двигатель содержит корпус 1, ротор 2 с радиальными пазами, установленный на валу 9, лопасти 3 с внутренними 4 и внешними 5 роликами на цапфах, два кольца 6 с кольцевыми проточками для роликов 5, установленных на подшипниках 7, две торцовые крышки 8 с шипами под подшипники 7.
Корпус 1 имеет выпускной 15 и впускной 16 каналы, зону интенсивного охлаждения с отверстиями 12, камеру сгорания 14, теплоизолирующие жаростойкие щитки 13 в зоне сгорания и расширения. В камере сгорания установлены форсунка 10 и свеча пускового зажигания 11.
Двигатель работает следующим образом.
При вращении ротора 2, в зависимости от угла его поворота, объемы межлопастных камер изменяются и в них протекают процессы ДВС (наполнение, сжатие, непрерывное сгорание, расширение и очистка). Крутящий момент на валу ротора появляется от тангенциальных сил давления газов на лопастях 3, обусловленных разностью выдвижения лопастей из ротора. При этом в зоне сжатия воздух в межлопастных камерах, контактируя с холодной поверхностью корпуса, частично охлаждается, а в зоне сгорания и расширения горячие газы контактируют с горячей поверхностью жаростойкого покрытия корпуса, сохраняют часть внутреннего тепла, которое используется на совершение полезной работы. До подхода межлопастных камер к выпускному каналу 15 давление в них снижается до величины, близкой к атмосферному, а в зоне канала газ из них, имея высокую окружную скорость, выбрасывается через тангенциальный канал 15 в атмосферу, очищая камеры и создавая в них разрежение для последующего заполнения камер воздухом.
Закрепление разделительных лопастей 3 к вращающимся кольцам 6 через ролики 5 и взаимодействие лопастей через ролики 4 с пазами ротора 2, а также отсутствие контакта концов лопастей 3 с внутренней поверхностью корпуса 1 значительно снижают потери на трение по сравнению с известными роторными двигателями.
Протечки газов через зазоры между концами лопастей и внутренней поверхностью корпуса не оказывают существенного влияния на работу двигателя из-за большого количества разделительных лопастей, незначительного перепада давления между смежными камерами, глубокого конечного расширения газов в двигателе и высокой частоты вращения ротора.
Таким образом, изобретение позволяет повысить термический и механический КПД роторно-лопастных двигателей и повысить надежность путем снижения сил трения в их элементах.
bankpatentov.ru
Недавно обнаружил, что на просторах Интернет началась «осенняя волна» обсуждений новых конструкций РЛДВС, появились новые патенты, опубликованы новые идеи, завязалась даже дискуссия.
Как интересно читать возгласы: «я изобрел лучший в мире роторно-лопастной двигатель»! Часто это вызывает улыбку.
Чтобы знать будущее, нужно знать историю. Вспомните или почитайте историю двигателя внутреннего сгорания и, в частности, роторно-лопастного двигателя. Прошло почти полтора столетия, как Николай Отто преобразовал паровую машину Дж.Уатта - двигатель внешнего сгорания - в двигатель внутреннего сгорания. Мыслящие люди, однако, жили в те далекие времена J Кажется странным, но они понимали положительные и отрицательные характеристики ДВС Отто. Но ничего лучшего в этом классе тепловых машин придумано не было.
Сам принцип преобразования энергии расширяющегося газа в механическую энергию вращения вала, как наиболее востребованный вид преобразования, в поршневом ДВС далеко не самый рациональный. И сегодня многим изобретателям не дает покоя сложность конструкции и механические потери кривошипно-шатунного механизма ДВС. Поэтому предложено огромное количество иных схем и конструкций, но ни одной, разве что кроме роторного ДВС Ванкеля, нет в производстве. Не кажется ли это странным?
Еще современники Отто предложили роторно-лопастной двигатель, в котором давление расширяющихся газов воспринимают вращающиеся на валу лопасти. Вроде все хорошо. В РЛДВС нет сложного механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, нет сложной системы газораспределения. Всем хорош РЛДВС – и КПД должен быть высоким, и технологичен в производстве, и малая себестоимость и так далее, и так прочее. Вроде все очевидно.
Вот и предлагают уже наши современники «новейшие конструкции» РЛДВС своего имени. Они все имеют право на жизнь… в виде экспонатов политехнического музея.
А если более серьезно, то надо было бы сперва сопоставить свою идею и конструкцию РЛДВС на ее основе с современным поршневым ДВС. Будет ли новый двигатель лучше? Причем существенно лучше по основным параметрам! Вы не задавали себе вопрос, а почему не пошел бесшатунник Бурлета или Баландина? А почему так неважнецки идут дела у роторного Ванкеля? А почему придуманные ранее конструкции роторно-лопастного двигателя так и не пошли в производство? Хотя есть некоторые экземпляры, которые очень прилично выглядят внешне и даже заводятся. А отдельные даже работали по несколько часов.
Для РЛДВС нужно сделать только одну вещь – изобрести синхронизатор относительного движения лопастей ротора. Только его и не хватает в конструкции, чтобы увидеть роторно-лопастной двигатель в автомобиле.
Есть еще один аспект изобретательской деятельности, который очень часто не дает автору правильно оценить свою же работу. Звучит просто – «я самый умный». Не хотите ли почитать книги о моторостроении 30-50-х годов прошлого века? Как много в них идей и ответов на вопрос «почему». И немного литературы по механике, материаловедению, технологиям машиностроения. А еще попробуйте сделать и испытать вашу идею. У нас, например, идей было множество, но большую часть мы отбросили, проведя испытания. Многие вещи на бумаге и в компьютерной модели выглядят очень красиво. Но они НЕ РАБОТАЮТ на самом деле. Вы просто не учли требуемые факторы или еще чего-то не знаете.
Критик может заметить, а если вы такие умные, то где же ваш мотор? Где же кино по Discovery, где же он на полках магазина? И чего только пару фотографий на сайте и больше ничего?
Ответ прост – прежде чем что-то опубликовать, подать заявку на патент, попросить у инвестора денег, а они требуются для этой задачи немалые, мы решили все проверить на собственном опыте, поставить эксперимент. Мы сделали в общей сложности с 1996 года 5 экспериментальных дигателей, но первых три мы разобрали и сдали в утиль – совершенно неработоспособные конструкции по совокупности параметров. Хотя совсем не завелся только первый!
И только экземпляр 2007 года прошел «внутренний отбор», после чего мы и опубликовали немного сведений. А теперь будет новый двигатель. Мощный, с охлаждением, со всеми подсистемами.
Здесь возникает сразу вопрос – когда? Уже неоднократно упоминал в переписке и даже в комментариях – по мере готовности, двигатель спроектирован и находится в стадии изготовления. Мы собрали не такую уж большую сумму, чтобы сделать двигатель за одну неделю. А помогать реально никто не желает, всем только готовое подавай.
Огромное спасибо людям, которые нам все же реально помогли и продолжают это делать!
Позвольте маленький совет, господа изобретатели. Не расстраивайтесь и не опускайте руки, меньше реагируйте на огульную критику – такой 90%. Но внимательно прислушивайтесь к профессиональной критике. Хотя такой мало, но она очень важна.
Спасибо всем!
lmotor.com
Реферат на тему:
Роторно-лопастной двигатель
| | Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности. |
Роторно-лопастной двигатель Вигриянова — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырех лопастей.
Роторно–лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klockner-Humboldt-Deutz (KHD)) провела исследование этого двигателя с механизмом Коуэрца. Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.
В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.[нейтральность?] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.
Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.
Был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на простом доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.[источник не указан 207 дней]
Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Уплотнения никакие не канальные[стиль!][нейтральность?], как рекламирует Вигриянов, а пластинчатые,[источник не указан 207 дней] могут быть графитовыми и не требовать смазки. А вот уплотнения и смазка торцов валов — серьёзная проблема.
Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя.[источник не указан 207 дней] Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было,[нейтральность?] тем более не мог продолжить разработку.
Роторно-лопастной двигатель: цикл работы
На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырехтактный цикл.
Роторно-лопастной двигатель применяемый на Ё-мобиле
Преимущества двигателя Иванова (Вигриянова) (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:
Недостатки этого типа роторных двигателей связаны с принципом организации рабочих процессов в конструкционной схеме процессов. Схема подразумевает снятие мощности с двух разных валов (каждый соединен со своим "коромыслом" с лопастями), движущихся неравномерно - то затормаживаясь, то ускоряясь, поочередными импульсами (при этом как бы то догоняя, то останавливая друг друга). Снятие мощности с таких "пульсирующих" было крайне затруднительно. Требуется также согласование их движения друг относительно друга. Согласование выполняется крайне сложным и громоздким механизмом синхронизации и схемой движения-вращения с двух валов. На фотографии этот механизм виден на задней части корпуса — его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения двух рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. По этой причине реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.
К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.
В работе двигатель Иванова (Вигриянова) равнозначен восьмицилиндровому поршневому двигателю, поскольку за один оборот реализует четыре рабочих цикла.
wreferat.baza-referat.ru
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере. Многосекционный роторно-лопастной двигатель состоит из секций двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапана и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих. Лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках, и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции. Валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом. Ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу. Увеличивается износостойкость шестеренок механизма, уменьшается инерционность деталей вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличивается ресурс работы двигателя, увеличивается мощность двигателя, уменьшается вибрация корпуса, возникающая в результате ускорения лопастных роторов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с неравномерным движением рабочих органов в кольцевой рабочей камере, его наилучшее применение в качестве секции многосекционного двигателя внутреннего сгорания, оно может также использоваться как роторная машина объемного типа, пневмо- и гидромашина, при создании насосов, компрессоров, гидроприводов.
Известна роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус, внутри которого вращаются лопастные роторы с изменяющейся скоростью, так что объемы, на которые разделен корпус роторами, изменяются циклически. Роторы закреплены на соосных валах, имеющих на свободных концах водила. Механизм периодического изменения скоростей выполнен в виде установленного на внутреннем конце выходного вала водила со свободно вращающимися на полуосях зубчатыми колесами, на дисках которых установлены полуоси, и неподвижного зубчатого колеса, входящего в зацепление с этими зубчатыми колесами. Водила на концах валов с роторами имеют радиальный паз, сквозь который проходит полуось, установленная на диске зубчатого колеса.
Данный механизм имеет неуравновешенные водила, что сопровождается вибрацией механизма, кроме того, степень сжатия механизма зависит от минимального расстояния между полуосью, проходящей через радиальные пазы водил, и осью вращения центрального вала, которое в данном механизме ограничивается расстоянием, необходимым для их крепления, уменьшение этого расстояния приводит к уменьшению жесткости крепления водил и снижению надежности, кроме того, длинные водила предложенного механизма подвергаются воздействию крутящих сил, направленных перпендикулярно их оси, что ведет к уменьшению надежности предложенного механизма (RU 2175720 С2, МПК F01C 1/00, F04C 2/00 10.11.2001).
За прототип принят патент, содержащий кольцевую рабочую камеру с впускными и выпускными отверстиями, торцовые крышки, выходной вал и две пары лопастных роторов, разделяющих внутренний объем камеры на изолированные друг от друга сектора, свечу зажигания и механизм периодического изменения скоростей, который выполнен в виде зубчатой передачи с внешним или внутренним зацеплением, передаточным числом два, колесо которой жестко связано с лопастным ротором, а шестеренка располагается с торца двигателя, имеет неподвижную ось вращения и жестко связана с кривошипом, на полуоси которого крепится ползун, скользящий по направляющей, жестко закрепленной на валу, который имеет неподвижную ось вращения, находящуюся между осью шестеренки и полуосью кривошипа, и кинематическое соединение с ведущим валом (RU №2292463 С2, 18.07.2005).
Одним из недостатков прототипа двигателя является невысокая износостойкость шестеренок механизма периодического изменения скоростей, которые подвергаются периодическим нагрузкам противоположного направления.
Второй недостаток двигателя - его малая мощность, которая ограничивается мощностью шестеренок механизма и инерционностью деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что также ограничивает скорость вращения выходного вала.
Задачей изобретения является увеличение износостойкости шестеренок механизма, уменьшение инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличение ресурса работы двигателя, увеличение мощности двигателя, уменьшение вибрации корпуса, возникающей в результате ускорения лопастных ротора.
Данная задача решается в двигателе, содержащем секции двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапана и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих, в котором лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках, и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции, валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом, причем ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.
Кроме того, внешний вал расположен вне секции двигателя и имеет шестеренки, входящие в зацепление с шестеренками валов направляющих.
Кроме того, положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом.
Кроме того, корпуса многосекционного двигателя жестко соединены друг с другом, причем при торцовом соединении секций их лопастные роторы выполнены вращающимися в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции или шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции.
Кроме того, шестеренки вала направляющих выполнены по периметру цилиндра, в котором со стороны кривошипа имеется диагональный вырез, выполняющий функцию направляющих, а сам цилиндр выполняет функцию маховика секции.
Различие двигателей состоит в том, что теперь кривошип жестко связан с лопастными роторами, а вал направляющих имеет кинематическую связь с выходным валом, в результате чего появилась возможность увеличить диаметр полуоси кривошипа и мощность зубчатых передач без увеличения инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением лопастных роторов и кривошипов.
Увеличение мощности зубчатой передачи связано с увеличением диаметра зубчатых колес и ширины зацепления зубцов. Такое увеличение мощности реализуется совмещением направляющих с шестеренкой, при этом ширину шестеренок и зубчатого зацепления можно значительно увеличить, при этом инерционная масса таких шестеренок выполняет функцию маховика.
При таком строении двигателя и механизма периодического изменения скоростей имеется возможность значительно уменьшить инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением. Уменьшение связано как с отсутствием шестеренок, вращающихся со знакопеременным ускорением, так и с возможностью уменьшить диаметр внутреннего цилиндра кольцевой камеры, причем последнее не ведет к потере жесткости крепления лопастных роторов, так как их ширина и площадь крепления на втулках может быть увеличена по сравнению с прототипом за счет уменьшения количества лопастных роторов в камере.
Таким образом, такое строение механизма периодического изменения скоростей и строение камеры позволяет увеличить износостойкость шестеренок, уменьшить инерционность деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя.
Такое увеличение площади крепления лопастных роторов на втулке и мощности шестеренок, а также уменьшение инерционности деталей, вращающихся со знакопеременным ускорением, увеличивает скорость вращения выходного вала и мощность двигателя.
На Фиг.1 представлен пример схемы расположения узлов механизма периодического изменения скоростей, способ соединения валов направляющих, при этом содержимое секции, лопасти и механизм периодического изменения скоростей лопастных роторов обведен (пунктирной линией).
На Фиг.2 представлена схема расположения лопастных роторов, попеременно меняющих скорость и одновременно двигающихся в одном направлении, а также положение свечи зажигания и клапанов.
На Фиг.3 представлен пример схемы соединения двух секций, при котором шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции, при этом содержимое секций представлено схематически (пунктирной линией).
На Фиг.4 представлен пример схемы соединения двух секций, при котором шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции, при этом содержимое секций представлено схематически (пунктирной линией).
Многосекционный роторно-лопастной двигатель составляется из секций двухтактных двигателей (Фиг.1 и 2), каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру 1, свечу зажигания 2, два лопастных ротора 3, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя 13, для чего лопастные роторы могут крепиться на втулках и/или дисках 4, впускные и выпускные клапана 5 и механизм периодического изменения скоростей лопастных роторов (в дальнейшем - механизм), в котором каждый лопастной ротор 3 жестко связан с кривошипом 6, расположенным с торца секции, на полуоси которого 7 крепится ползун 8, скользящий по направляющей 9, закрепленной на валу направляющих 10, который через зубчатую передачу, шестеренки 11 и 16 соединяется с общим для лопастных роторов секции внешним валом 12, причем ось вращения валов направляющих 10 находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа 7, и смещена от центральной оси двигателя 13, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.
Механизм секции обеспечивает движение лопастных роторов в одном направлении 14. Многосекционный двигатель собирается минимум из двух секций 15 (Фиг.3 и 4). Для компенсации колебаний каждой секции они соединены в линию, при этом корпуса многосекционного двигателя жестко соединяются друг с другом, их лопастные роторы вращаются в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала 11 одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала 11 другой секции (Фиг.3) или шестеренка вала направляющих одной секции 16 входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции 16 (Фиг.4).
Каждая секция двигателя работает по двухтактному циклу, при этом лопастные роторы секции, двигаясь в одном направлении, плавно меняют скорость вращения, то сближаясь, на минимальное расстояние, в точке камеры, где расположены клапана и свеча зажигания, то удаляясь друг от друга.
Такое движение лопастных роторов обеспечивает механизм секции. В двигателе предусмотрены свеча зажигания 2 и клапана 5, через которые происходит подача горючей смеси или воздуха и удаление отработанных газов.
Лопастные роторы имеют мертвую точку, в которой их скорости равны. Угол между лопастными роторами в этой точке минимальный.
После прохождения мертвой точки одна пара лопастных роторов снижает угловую скорость до минимальной, а другая плавно набирает скорость.
1. Многосекционный роторно-лопастной двигатель, состоящий из секций двухтактных двигателей, каждая из которых имеет кольцевую рабочую камеру, свечу зажигания, два лопастных ротора, выполненных с возможностью вращения относительно центральной оси двигателя, впускные и выпускные клапаны и механизм периодического изменения скорости лопастных роторов, включающий кривошип, на полуоси которого закреплен ползун, скользящий по направляющей, закрепленной на валу направляющих, отличающийся тем, что лопастные роторы выполнены на втулках и/или дисках и каждый из них жестко связан с кривошипом, расположенным с торца секции, валы направляющих через зубчатую передачу соединены с общим для лопастных роторов секции внешним валом, причем ось вращения валов направляющих находится между двумя противоположными точками на окружности, описываемой полуосью кривошипа, и смещена от центральной оси двигателя, а кривошипы находятся в противофазе друг к другу.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешний вал расположен вне секции двигателя и имеет шестеренки, входящие в зацепление с шестеренками валов направляющих.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпуса многосекционного двигателя жестко соединены друг с другом, причем при торцовом соединении секций их лопастные роторы выполнены вращающимися в противоположных направлениях, а шестеренка внешнего вала одной секции входит в зацепление с шестеренкой внешнего вала другой секции, или шестеренка вала направляющих одной секции входит в зацепление с шестеренкой вала направляющих другой секции.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шестеренки вала направляющих выполнены по периметру цилиндра, в котором со стороны кривошипа имеется диагональный вырез, выполняющий функцию направляющих, а сам цилиндр выполняет функцию маховика секции.
www.findpatent.ru
