Ротаційний апарат, пристосований для роботи як компресор, насос, мотор або двигун внутрішнього згоряння

1. Роторний апарат, пристосований для роботи як компресор, насос, мотор або двигун внутрішнього згоряння, який містить дві ідентичні лопаті, дві порожнисті циліндричні співвісні втулки, при цьому лопаті закріплені по одній на кожній втулці так, що вони розташовані радіально до поверхонь втулок і знаходяться на одному з кінців кожної втулки, причому частина поверхні лопаті виступає за межі торця втулки, втулки розташовані так, що їх кінці, на яких закріплені лопаті, є суміжними, лопаті зміщені на деякий кут, а поверхні втулок, на яких закріплені лопаті, виконані так, щоб суміжні лопаті і втулки мали можливість обертання навколо осей втулок, порожнисту сорочку, усередині якої розміщені лопаті, причому сорочка разом з поверхнею втулок формують кожух, а вн утрішня поверхня сорочки обмежена по контур у так, щоб знаходитися уздовж траєкторії руху країв лопаті під час її обертання навколо осі і дозволити таким чином обертання лопатей навколо осі, при цьому лопаті розділяють кожух з формуванням усередині сорочки двох ізольованих камер, пристрій узгодження, що включає кулачки із супутніми зв'язками, виконаний із можливістю керування мінімальним кутом зміщення лопатей за допомогою кулачків, а також з можливістю задавати початковий кутовий зсув між лопатями на початку циклу роботи роторного апарата, пристрій з'єднання типу муфти, виконаний з можливістю з'єднання і роз'єднання обох втулок з валом, вал, що проходить через отвір у втулках і виступає за їхні кінці, і гальмівний та/або утримуючий пристрій, виконаний з можливістю утримування лопатей, який відрізняється тим, що пристрій з'єднання типу муфти виконаний з можливістю приведення в дію за допо 2 (19) 1 3 84421 Винахід відноситься до роторних апаратів, пристосованих для роботи як компресор, насос, мотор або двигун внутрішнього згоряння, зокрема до роторних машин з радіальними лопатями, що характеризуються наявністю двох втулок з лопатями, які незалежні одна від одної, а відносний рух між лопатями використовується для досягнення термодинамічних циклів робочого газу. Відомий роторний компресор [патент US 2673027, опубл. 23.03.1954], що включає пару лопатей, встановлених на суміжних порожнистих втулках, що обертаються навколо валу, що проходить крізь втулки і виступаючого за їх межі. Лопаті виконують послідовність дій за рахунок поперемінного або послідовного утримання в нерухомому стані і сумісного або незалежного обертання в порожнистому кожусі за допомогою таймера, що включає кулачки з супутніми зв'язками, а також гальмівні пристрої. Відомий роторний компресор не дозволяє досягти різних газових циклів. Мета даного винаходу полягає в тому, щоб досягти типового газового циклу як в звичайних двигуна х внутрішнього згоряння, так і в компресорі і т.п. з використанням деталей, описаних далі. Деталі і їх розташування в апараті, що заявляється, вибрані так, що можливо досягнення різних газових циклів під час його роботи за рахунок переміщення набору штовхачів к улачків, механізму синхронізації. Пропонується роторний апарат, пристосований для роботи як компресор, насос, мотор, або двигун вн утрішнього згоряння, що включає дві ідентичні лопаті, дві порожнисті циліндричні втулки, порожнисту сорочку, пристрій узгодження, що включає кулачки з супутніми зв'язками, пристрій з'єднання типу муфти, вал і гальмівний та/або утримуючий пристрій. Кулачки визначають змінне початкове кутове зміщення між лопатями на початку циклу, що починається з того, що одна лопать утримується нерухомою, а інша обертається до досягнення кута 360° мінус подвоєне початкове кутове зміщення, потім обидві лопаті обертаються разом, проходячи кут початкового кутового зміщення, і досягають початкового положення, помінявшись місцями, і далі раніше утримувана лопать обертається, а лопать, що раніше обертається, утримується нерухомою, поки лопать, що обертається, не досягне кута повороту 360° мінус подвоєне початкове кутове зміщення від нерухомої лопаті і так далі безперервно. Лопаті закріплені на втулках, по одній на кожній втулці так, що лопаті розміщені радіально поверхням втулок і на одному з кінців кожної втулки. Лопаті закріплені так, що частина поверхні лопаті виступає за межі торця втулки. Втулки розміщені так, що їх кінці, на яких закріплені лопаті, є суміжними, причому лопаті зміщені в кутовому напрямі на мінімальний кут, який може управлятися за допомогою кулачків. Поверхні втулок, на яких закріплені лопаті, виконані так, щоб суміжні лопаті і втулки мали можливість обертання навколо вісей втулок, виконаних коаксильними. Лопаті розміщені усередині сороч 4 ки, а сорочка разом з поверхнею втулок формує кожух. Вн утрішня поверхня сорочки обкреслена по контру вздовж траєкторії руху країв лопаті під час її обертання навколо вісі, дозволяючи таким чином обертання лопатей навколо вісі. Лопаті розділяють кожух з формуванням усередині сорочки двох ізольованих камер. Обидві втулки виконані з можливістю з'єднання і роз'єднання з валом за допомогою пристрою з'єднання типу муфти, що приводиться в дію за допомогою кулачків, встановлених на втулках та/або приводимих в рух за допомогою втулок. Гальмівний пристрій, що приводиться в дію кулачками, або утримуючий пристрій виконаний з можливістю утримання лопаті нерухомо в контрольованому положенні по черзі з можливістю зміни такого положення. Кулачки задають кути, при яких лопаті утримуються нерухомо, вони розділені, повертаються разом або незалежно. Пристрій узгодження дозволяє обом лопатям спільно обертатися на зумовлений змінний кут, залежний від функціонального призначення апарату із змінним ступенем стиснення. Короткий опис креслень приведений нижче. На Фіг.1 на головному вигляді і вигляді збоку спрощено представлена втулка (3). На Фіг.2 на головному вигляді і вигляді збоку спрощено представлена сорочка (2). На Фіг.3 на головному вигляді і вигляді збоку спрощено представлена лопать (1). На Фіг.4 спрощено показано з'єднання лопаті (1) і втулки (3). На Фіг.5 спрощено показана збірка сорочки (2), лопаті (1) і втулки (3): а) сорочка. На фіг.6 спрощено схематично зображені сорочка (2), лопать (1) і втулка (3). На Фіг.7 спрощено зображено початкове положення лопатей (1) V1 і V2 з кутом 2a между ними. Ha Фіг.8 спрощено схематично зображено початковий рух лопаті (I)V1. На Фіг.9 спрощено схематично зображена лопать (1) V1 у позиції z. На Фіг.10 спрощено схематично зображені лопаті (1) V2 і V2 у позиції Y і позицій X відповідно. На Фіг.11 спрощено зображені лопаті (1) V1 і V2, що рухаються одночасно з позиції Y в позицію Z відповідно. На Фіг.12 спрощено зображені лопаті (1) V2 і V1 у позиції Y і позицій X відповідно (початкове положення). На Фіг.13 спрощено показаний вал (4), розміщений в циліндричній порожнині втулки (3). На Фіг.13а спрощено показана схема кулачків, що примикають до втулок: а) FL1 - што вхач кулачка C1; б) FL2 - штовхач кулачка С2. На Фіг.13b спрощено схематично показаний типовий кулачок. На Фіг.14 показана фрикційна муфта: а) S1 - шліци; б) Fp - колодка тертя. На Фіг.17-23 показані різні етапи для апарату, 5 84421 що працює як однотактний ДВЗ: а) ExV - ви хлопний клапан; б) SuV - впускний клапан. На Фіг.24-31 показані різні етапи для апарату, що працює як двухтактний ДВЗ: а) E1 і Е2 - вихлопні клапани; б) Su1 і Su2 - впускні клапани. На Фіг.32а показані різні види кулачка, що управляє впускним клапаном і вихлопним клапаном однотактного ДВЗ: а) Pr - профіль; б) Bc - базове коло. На Фіг.32b показані схематично робота клапанів і кулачків для управління положенням лопатей(1), розташованих на втулках (3). На Фіг.33 показаний інший вид кулачка, що управляє клапанами двотактного двигуна: а) PrS - профіль для впускного клапана; б) PrE - профіль для вихлопного клапана. На Фіг.34 показана втулка (3) без просідання: a) CSF - увігн ута поверхня. На Фіг.35 показана втулка (3) з просіданням: б) st - ступінь на втулці (3); в) FIo - канал виходу о холоджуючої рідини; г) Rcf- приймальний конус для фрикційної муфти; д) FIi - лінія подачі охолоджуючої рідини; e) DPr - виїмка. На Фіг.36 показана лопать (1): а) stvs - смуга для установки лопаті (1) на втулці (3); б) Pis - поршень; в) Grps - канавка для установки поршневих кілець. На Фіг.37 показана сорочка (2): а) SOH - роз'єм на зовнішній половині; б) PKV - сідловина клапана; в) ВІН - зовнішня половина; г) SIH - роз'єм на внутрішній половині. Спочатку деталі, їх розташування і призначення описані і зображені за допомогою спрощених геометричних фігур для простоти сприйняття, а потім деталі машини описані детально. Основними елементами є: 1) втулка (3); 2) сорочка (2); 3) лопать (1); 4) кулачки; 5) муфти. 1) Втулка (3). Всього є дві втулки (3). Втулки (3) зображені у вигляді порожнистого циліндра із зовнішнім діаметром d, завдовжки 1 і завтовшки t. Далі обидві втулки (3) будуть згадані як S1 і S2. Ці втулки (3) зображені на Фіг.1. 2) Сорочка (2). Сорочка (2) зображена у вигляді порожнистого циліндра з внутрішнім діаметром D, завдовжки L і завтовшки T з круглими кришками на обох кінцях. Кришки мають отвір діаметром d (діаметр цього отвору виконаний таким же, як зовнішній діаметр втулки(З)). Сорочка (2) зображена на Фіг.2. 3) Лопаті (1). Є дві лопаті (1). Лопаті(і) зображені у вигляді прямокутної площини завдовжки L і шириною г, причому r=(D-d/2). Далі ці дві лопаті (1) будуть згадані як V1 і V2. Лопаті (1) показані на Фіг.3. На половині довжини однієї кромки (по довжині L) V1, V2 жорстко закріплені S1, S2 відповідно 6 так, що: а) площина (поверхня) V1, V2 є радіальною до S1, S2; б) V1, V2 насаджені на один з двох кінців S1, S2; в) інша половина довжини зафіксованої кромки направлена від торця втулки (3). З'єднання V1,S1 згадано як VS1, а з'єднання V2, S2 - як VS2. З'єднання лопаті (1)і втулки (3) показане на Фіг.4. VS1 і VS2 вставлені в сорочку (2) так, що: a) V1 і V2 знаходяться усередині сорочки (2); б) три кромки (окрім тієї, яка жорстко прикріплена до втулки) обох лопаток (1) стосуються внутрішньої поверхні сорочки (2); в) на половині довжини кромка лопаті (1) (яка направлена від торця втулки(З) торкається зовнішньої поверхонь протилежної втулки (3); в) поверхні торців втулок (3), що знаходяться усередині сорочки (2), торкаються один одного; г) обидві втулки (3) виступають по довжині (1-L/2) із отворів в кришках з торця сорочки (2); і д) вісі, що проходять через центри круглих торців сорочки (2), а також S1 і S2 є колінеарними. Далі така загальна вісь буде згадана як центральна вісь. Сорочки (2), лопаті (1) і втулки (3) у зборі зображені схематично в ізометрії на фіг.5. VS1 і VS2 розділяють простір усередині сорочки (2) на дві частини. Передбачається, що: а) обидві частини простору ізольовані один від одного і від до кільцевого зазора втулок (3), тобто немає витоку робочого тіла по сторонах лопаток (1), зокрема крізь торцеві поверхні втулок (3), що стосуються один одного усередині сорочки (2); б) частини простору усередині сорочки (2) ізольовані від простору поза сорочкою (2). Далі частина простору справа (збоку за годинниковою стрілкою) лопаті (1) згадано як простір перед лопаттю (1); а частина простору зліва (збоку проти годинникової стрілки) лопаті (1) - як простір за лопаттю. Схематичне зображення на вигляді збоку сорочки (2), з'єднань VS1, VS2 (з лопатями (1), зображеними радіальними лініями) показано на Фіг.6. Далі слідує опис роботи різних вузлів механізму за допомогою спрощеного схемного вигляду збоку на сорочку (2) з лопатями (1) (як на Фіг.6). Початкове положення. Спочатку V1, V2 розміщені під кутом 2а так, що: a) V1, V2 лежать з обох боків вертикальної площини; б) вертикальна площина ділить навпіл кут між V1 і V2. Таке початкове положення V1 далі називається як поз.Х, a V2 - як поз. Y, як зображено на Фіг.7. Зараз VS1 обертається навкруг центральної вісі в напрямі за годинниковою стрілкою. Це приводить до зменшення об'єму простору перед V1 i збільшенню об'єму простору за V1, таким чином будь-яке газоподібне середовище, що знаходиться в цих частинах простору, стискається і розширяється відповідно. Таке стиснення і розширення формує частину термодинамічного газового циклу. Вищезгадане представлене на Фіг.8. Після повороту VS1 на кут до 360° (4a) воно переходить в положення, згадане далі як no3.Z. При досягненні цього положення як VS1, так і VS2 обертаються як зображено на Фіг.9. Коли VS1, VS2 досягають поз. Y і поз.Х відповідно VS1 зупиняється, a VS2 продовжує обертатися, як показано на Фіг.10. Подібно VS1, коли VS2 досягає поз.7, тоді і 7 84421 VS1, і VS2 обертаються, поки вони не досягнуть поз.Х і поз. Y відповідно, як показано на Фіг.11 і 12. Тепер VS1 починає обертатися, і повний цикл повторюється. При безперервному обертанні лопатей (1) в такій манері ці дві лопаті (1) знаходяться в поз.Х, поз.У одночасно і в поз.Х по черзі, одна - при кожному повороті на 360° будь-якої з цих двох лопатей (1). Лопаті (1), що досягають початкового один раз при кожному повороті, полегшують розміщення допоміжних пристроїв, таких як інжектор, клапани/вікна і т.п. в певних точни х місцях сорочки (2). До стислих газів, захоплених між лопатями (1) в поз.Х і поз.Y, підводять теплоту. Величина кута 2a між V1 і V2 має особливе значення, оскільки у всіх випадках він є мінімальним кутом розділення між лопатями (1) (тобто лопать (1) може лише досягти положення 2a від іншої лопаті (1) і не менше, ніж 2a). Цей кут поділу визначає ступінь стиснення. Змінюючи цей кут, ступінь стиснення може бути змінений (у об'ємі, обмеженому сорочкою (2) і по зовнішньому діаметру втулок (3), що залишається постійним). За рахунок розміщення звичайних пристроїв всмоктування (впускання), вихлопу (вип уску) /клапанов, вікон/ паливного інжектора, (запальної свічки) у відповідних місцях на сорочці (2), машина діє як компресор або двигун внутрішнього згоряння, або мотор. Вищезазначена схема руху лопатей (1) і безперервного обертання на виході досягається за допомогою вузлів, описаних нижче. 6) Вал (4). 7) Кулачки і зв'язки. 8) Фрикційна муфта. 9) Гальмівні стрічки. Вал (4). Вал (4) має довжину А і діаметр В так, що А>21, a B