Роторно-поршнева машина об’ємного розширення

1. Роторно-поршнева машина об'ємного розширення, яка має корпус з круговою робочою порожниною зі впускними і випускними каналами, щонайменше два робочих вали, які співвісні з круговою поверхнею робочої порожнини і оснащені з одного боку лопатевими поршнями, а з іншого боку - важелями, щонайменше одне центральне нерухоме зубчасте колесо, яке співвісне з поверхнею робочої порожнини і робочим валам, співвісний робочим валам вихідний вал має ексцентрик, на якому встановлені водило і планетарне зубчасте колесо, при цьому планетарне зубчасте колесо знаходиться в зачепленні з центральним нерухомим зубчастим колесом з внутрішнім зубчастим зачепленням з передавальним відношенням і=n/(n+1) (де n=1, 2, 3, 4, 5 ... - ряд цілих чисел), водило шарнірно сполучено шатунами з важелями обох робочих валів, а кількість лопатевих поршнів, встановлених на кожному робочому валу, дорівнює n+1, яка відрізняється тим, що корпус має сполучені з робочою порожниною камери перетікання між впускними і випускними каналами, на найбільшому віддалені від них, з роздільниками, розташованими в місці зімкнення граней суміжних лопатевих поршнів. 2. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що камери перетікання встановлені на корпусі на герметичних теплоізолюючих прокладках. 3. Машина за п. 1, яка відрізняється тим, що камери перетікання мають стінки з високопористої кераміки. 2 (19) 1 3 Пропоновані роторно-поршневі машини об'ємного розширення можуть використовуватися як двигуни внутрішнього і зовнішнього згорання, холодильні машини, насоси і нагнітачі різних газів і рідин. Винахід відноситься до конструкції роторнопоршневих машин (далі РПМ), що містять робочу порожнину з об'ємно-витіснювальними елементами РПМ - лопатевими поршнями, плунжерами, манжетами, що знаходиться в одному корпусі (секції). Їх рух здійснюється планетарним механізмом. Такий механізм забезпечує взаємно-відносний обертально-коливальний рух об'ємновитіснювальним елементам РПМ. РПМ з такими об'ємно-витіснювальними елементами - залежно від додаткового устаткування здатні працювати як роторно-поршневі двигуни внутрішнього згорання на довільному рідкому і/або газоподібному паливі в режимі внутрішнього і/або зовнішнього сумішеутворення. Крім того, РПМ з такими кінематичними механізмами здатні працювати як роторно-поршневі двигуни зовнішнього згорання по схемі Стірлінга. Вони призначені для оснащення: а) різних, переважно малогабаритних транспортних засобів, наприклад, легкових автомобілів, таксі і невеликих вантажівок; малогабаритних судів типу моторних човнів, катерів і яхт; надлегких і легких літальних апаратів типу парамоторов, моторних дельтапланів, літаків і особливо легких вертольотів; б) мототехніка для активних видів відпочинку і спорту, таких як мотоцикли, тетрацикли, скутери і снігоходи; в) тракторів і інших самохідних сільськогосподарських знарядь переважно для фермерських господарств і присадибних ділянок і г) компактних і мобільних комплексів «ДВЗелектрогенератор». Також подібні РПМ можуть працювати в холодильних машинах, наприклад, для охолоджування продуктів. Крім того, роторно-поршневі машини об'ємного розширення з такими об'ємно-витіснювальними елементами можуть працювати як компресори, нагнітачі, повітря і/або різних газів, як вакуумні машини, а також гідроперекачуючі пристрої: а) для наповнення різних ємкостей, наприклад, шин автомобілів і літаків; б) подачі стислого повітря для різних технологічних потреб, наприклад, для пневмоінструмента; в) для відкачування повітря і інших газів в технологічному устаткуванні, наприклад, у вакуумних печах; г) для об'ємного перекачування рідин, наприклад, в технологічних лініях для мірного наповнення об'єму(ів). Застосовно тільки до винаходу тут і далі позначені: терміном «РПДВЗ - роторно-поршневий двигун внутрішнього згорання» - такий двигун, який має щонайменше чотири лопатеві поршні, встановлених на співісних валах принаймні в одному круговому корпусі (секції). Причому, таких корпусів (сек 93603 4 цій) може бути декілька і вони можуть бути виконані суміжними; терміном «торець» - бічна поверхня кожного лопатевого поршня, що сполучається з внутрішніми стінками робочої порожнини корпусу; терміном «грань» - бічна поверхня кожного лопатевого поршня з одного боку, що сполучається по її периметру з внутрішніми стінками робочої порожнини корпусу; терміном «зімкнення граней» - мінімальна відстань і об'єм між гранями суміжних лопатевих поршнів; терміном «робоча порожнина корпусу (секції)» - порожнина, яка поміщена між внутрішньою стінкою робочої порожнини корпусу і гранями лопатевих поршнів. Вона полягає не менше чим з чотирьох одночасно існуючих поточних об'ємів, що змінюються по величині. При роботі РПМ робоча порожнина корпусу (секції) має постійний об'єм незалежно від кутового зсуву лопатевих поршнів щодо їх початкового «нульового» положення; терміном «поточний об'єм» - кожна змінна по величині частина об'єму робочої порожнини корпусу (секції), яка поміщена між гранями суміжних лопатевих поршнів і внутрішніми стінками однієї секції і в якій послідовно протікають такти робочого процесу. терміном «камера перетікання» - прилегла до робочої порожнини корпусу (секції) камера, віддалена від впускного і випускного каналів і розташована по обидві сторони відносного місця зімкнення граней суміжних лопатевих поршнів. Відомі роторно-поршневі машини з планетарними механізмами подібного призначення, наприклад, автор Е. Кауертц, патент США: Eugene Kauertz, Rotary Radial-Piston Machine, US patent #3144007, Aug. 11, 1964, publ. 1967; Rotary vane motor, US patent #6886527 ICT. Вони також описані, наприклад, в патентах Німеччини N 142119 за 1903p., N 271552, кл. 46 а6 5/10 за 1914p., Франції N 844351, кл. 46 а5 за 1938р., США N 3244156, кл. 12-8.47, 1966p. і ін. Подібного призначення механізми і машини описані в патентах Росії: N2013597, кл. 5 F02B53/00, N 2003818, кл. 5 F02В53/00; N 2141043, кл. 6 F02В53/00, F04С15/04, 29/10, 1998г.; України N 18546, кл. F02В53/00, F02G1/045, 1997г. Також близька до технічної суті винаходу конструкція пристрою по патенту США: US Patent #6,739,307, US СІ. 123/245, May 25, 2004, Internal Combustion Engine and Method, author Ralph Gordon Morgado. Планетарні механізми цих роторних машин забезпечують взаємно-відносний обертальноколивальний рух їх компресійних елементів - лопатевих поршнів. Відомі роторно-поршневі машини всі робочі газодинамічні процеси здійснюють між їх об'ємно-витіснювальним елементами, включаючи горіння палива при високій температурі і тиску. Це приводить до втрат тепла в стінки і високого термічного навантаження робочої порожнини корпусу і об'ємно-витіснювальних елементів таких РПМ, скорочення ресурсу їх роботи. Крім того, конструктивно складно забезпечити оптимальну 5 близьку до кулястої - компактну форму камери згорання в цих РПМ. До того ж практично неможливо оптимально встановити електроіскрову свічку в середині об'єму камери згорання для мінімізації часу розповсюдження фронту полум'я - її доводиться розташовувати з краю камери згорання біля стінки робочої порожнини. Загальними конструктивними ознаками відомих роторно-поршневих машин з такими об'ємновитіснювальними елементами є: корпус з круговою робочою порожниною, що має впускні і випускні канали; щонайменше дві пари лопатевих поршнів, жорстко закріплених на двох робочих валах, співвісних поверхні робочої порожнини, причому принаймні один з валів має кривошип; співвісний робочим валам вихідний вал з водилом; розташоване на водилі вихідного валу щонайменше одне планетарне зубчате колесо, що має зовнішнє зубчате зачеплення з нерухомим центральним зубчатим колесом, співвісним поверхні робочої порожнини і вихідному валу; кривошипний(і) вал(и), співвісний(і) планетарному зубчатому колесу; шатун(и), що шарнірно сполучає(ють) важелі робочих валів з кривошипними валами планетарних зубчатих коліс. Недоліком таких двигунів є те, що утворювана між лопатевими поршнями камера згорання має кінцевий об'єм і в ній після завершення такту «випуск відпрацьованих газів» залишаються гарячі відпрацьовані гази, що погіршує наповнюваність робочої порожнини свіжим повітрям і/або паливною сумішшю і погіршує потужностні показники двигуна. Іншим істотним недоліком є необхідність наявності складної апаратури для забезпечення ініціації циклічного займання паливо-повітряної суміші при кожному робочому циклі строго синхронізовано з фазами роботи кінематичного механізму РПМ. Крім того, відомі конструкції бензинових двигунів з передкамерами для забезпечення ефекту форкамерно-факельного запалення дуже бідних горючих сумішей [1]. Цим досягається повне згорання палива і підвищення економічності двигунів при знижених пікових значеннях температури в циліндрі. Основним недоліком таких двигунів є складна паливна апаратура. Також відомі конструкції дизельних двигунів з розділеними камерами згорання - з передкамерами і вихровими камерами [2]. У таких двигунах шляхом організації високої турбулентності паливної суміші досягається добре сумішеутворення і забезпечується повніше згорання палива навіть при помірному тиску уприскування палива. Проте економічність дизельних двигунів з розділеними камерами згорання із-за збільшення теплових втрат дещо гірше, ніж у дизелів з неподіленими камерами згорання. Найбільш близька до технічної суті винаходу конструкція пристрою по публікації № WO/2009/072994 від 11.06.2009; (Int.Appl.: №.: PCT/UA200700080; F01C1/063, F02B53/00, F04C2/063; Volune expansion rotary piston machine). 93603 6 Цей пристрій є РПМ з планетарним механізмом з можливістю різних значень передавального відношення планетарного зубчатого зачеплення і=n/(n+1) (де n=1, 2, 3, 4 і так далі) як основи конструкції РПМ об'ємного розширення різного призначення (наприклад, двигунів і компресорів). Зокрема, ця РПМ має корпус з круговою робочою порожниною і впускними і випускними каналами, а також: щонайменше два робочих вала, які співвісні кругової поверхні робочої порожнини і оснащені з одного боку лопатевими поршнями і з іншого боку важелями; щонайменше одне центральне нерухоме зубчате колесо, яке співвісне поверхні робочої порожнини і робочим валам; концентричний робочим валам вихідний вал, що має водило; встановлені на плечах водила вихідного валу колінчасті вали із закріпленими на них планетарними зубчатими колесами, які зчеплені з центральним нерухомим зубчатим колесом; шатуни, що шарнірно сполучають важелі робочих валів і колінчасті вали; вихідний вал з ексцентриком, на якому встановлені водило і планетарне зубчате колесо, при цьому планетарне зубчате колесо знаходиться в зачепленні з центральним нерухомим зубчатим колесом з внутрішнім зубчатим зачепленням; водило шарнірно сполучено шатунами з важелями обох робочих валів. Створені на основі такої РПМ двигуни мають ряд недоліків. Перший - для реалізації процесу циклічного займання палива необхідне високотехнологічне і дороге устаткування, наприклад, паливний(і) насос(и) і форсунки високого тиску у разі реалізації дизельного циклу або електроіскрова система запалення з високовольтними електроіскровими свічками для бензинового двигуна. Особливість як паливної апаратури дизелів, так і систем запалення бензинових двигунів - це необхідність точної синхронізації і фазування в часі роботи елементів цих систем з роботою кінематики двигуна. Навіть невеликі відхилення роботи цих систем від оптимального режиму (по будь-яких причинах) істотно погіршують робочі параметри двигунів. У багатьох випадках експлуатації двигунів саме назване устаткування є причиною несправності. Другий недолік - це «продовженість» процесу горіння палива щодо фази найбільшого ступеня стиснення в камері згорання при його циклічному займанні, особливо на максимальних оборотах двигуна, не дивлячись на використання відомих фахівцям прийомів інтенсифікації горіння палива в поршневих двигунах. Паливо просто не встигає повністю згоріти при найбільшому ступені стиснення в камері згорання між лопатевими поршнями. Це погіршує економічність двигуна, а також екобезпечність його роботи. Третій недолік - при займанні і горінні палива безпосередньо в робочій порожнині між лопатевими поршнями, стінки як робочої порожнини, так і лопатевих поршнів з обох боків (що мають значні 7 за площею грані) отримують велике термічне навантаження і з цієї причини потребують інтенсивного тепловідводу (тобто потребують громіздку і конструктивно складну систему охолоджування), що ускладнює двигун і погіршує його економічність. З викладеного видно, що недоліки описаного вище двигуна з такими об'ємно-витіснювальними елементами визначаються його конструктивними особливостями і характером протікання робочого процесу, а саме: - циклічністю займання від точкового високотемпературного джерела тепла (міжелектродний проміжок 0.6÷0.8 мм електроіскрової свічки) для випадку бензинового двигуна; - циклічністю займання від низькотемпературного об'ємного джерела тепла (компресійне займання дизельного палива) для випадку внутрішнього сумішоутворення; - займанням і горінням палива безпосередньо в робочій порожнині двигуна між гранями суміжних лопатевих поршнів. Метою винаходу є спрощення конструкції і підвищення надійності роботи, а також розширення області цільового застосування РПМ. Поставлене завдання винаходу вирішене тим, що роторно-поршнева машина об'ємного розширення з планетарним механізмом, яка включає: а) корпус, що має кругову робочу порожнину і впускні і випускні канали; б) щонайменше два робочих вала, які співвісні кругової поверхні робочої порожнини і оснащені з одного боку лопатевими поршнями і з іншого боку важелями; в) щонайменше одне центральне нерухоме зубчате колесо, яке співвісне поверхні робочої порожнини і робочим валам; г) співвісний робочим валам вихідний вал з ексцентриком, на якому встановлені водило і планетарне зубчате колесо, при цьому д) планетарне зубчате колесо знаходиться в зачепленні з центральним нерухомим зубчатим колесом з внутрішнім зубчатим зачепленням з передавальним відношенням і=n/(n+1) (де n=1, 2, 3, 4, 5 ... - ряд цілих чисел), є) водило шарнірно сполучене шатунами з важелями обох робочих валів, а ж) кількість лопатевих поршнів, встановлених на кожному робочому валу, рівне n+1, що відрізняється тим, що робоча порожнина корпусу має установлені/виконані між впускними і випускними каналами на найбільшому видаленні від них камери перетікання з роздільниками, розташованими в місці зімкнення граней суміжних лопатевих поршнів. На відміну від прототипу, задум винаходу полягає в тому, щоб забезпечити умови: а) якісної дисперсії палива і його швидкого і ефективного змішування з повітрям; б) надійної синхронізації займання паливоповітряної суміші з оптимізованими фазами положення об'ємно-витіснювальних елементів - лопатевих поршнів без яких-небудь додаткових високотехнологічних пристроїв; 93603 8 в) надійного займання паливо-повітряної суміші незалежно від сорту використовуваного палива; г) високої швидкості і повноти згорання палива при найбільшому ступені стиснення; д) мінімізації теплового навантаження як робочої порожнини двигуна, так і граней лопатевих поршнів, а також наближення до адіабатичності робочого процесу двигуна; є) спрощення конструкції двигуна і підвищення надійності і ресурсу його роботи. В даному випадку ці умови забезпечуються шляхом: а) циклічної інжекції порцій повітря і/або паливо-повітряної суміші в камери перетікання з високою турбулентністю; б) ізолювання торцевими поверхнями роторівпоршнів камер перетікання як від впускних і випускних каналів, так і від поточних об'ємів робочої порожнини, розташованих між гранями суміжних лопатевих поршнів; в) постійно високої температури в камерах перетікання, достатньою для швидкого протікання фізико-хімічних реакцій випаровування, займання і горіння чергової порції палива незалежно від його сорту; г) постійно підвищеного тиску в камерах перетікання, що створює підвищену щільність газу в них і сприяє швидкій теплопередачі тепла свіжим порціям палива, це прискорює протікання передполум'яних і окислювальних реакцій горіння; д) згорання палива при надлишку повітря, що з одного боку забезпечує повноту його згорання, а з іншого - зменшує пікові значення температури і тиску в камері перетікання, що важливо для надійної і екобезпечної експлуатації двигуна; е) конструктивного розділення корпусу РПДВЗ і камер перетікання для наближення до адіабатичності процесів горіння палива і зниження термонавантаженості корпусу. У такому двигуні (в разі зовнішнього сумішеутворення) відбувається достатньо тривале і якісне змішування палива з повітрям між гранями лопатевих поршнів під час такту стиснення, а подальша інжекція в камеру перетікання додатково її турбулізує. Оскільки на номінальних оборотах РПДВЗ час протікання фази інжекції в камеру перетікання менше часу затримки займання палива, то воно вже в закритій високотемпературній камері перетікання випаровується, надійно запалюється, швидко і повно згорає при надлишку повітря і максимально можливому тиску. Цим забезпечується нормальна робота такого РПДВЗ на збіднених паливо-повітряних сумішах як при зовнішньому, так і при внутрішньому сумішеутворенні. Тобто з'являється якісно нова можливість при зовнішньому сумішеутворенні регулювати потужність РПДВЗ якісним складом паливо-повітряної суміші. Крім того, завдяки постійно високій температурі в камерах перетікання забезпечується надійне займання паливо-повітряної суміші незалежно від сорту використовуваного палива як при зовнішньому, так і при внутрішньому сумішеутворенні. Все це разом узяте забезпечує: 9 а) розширення області застосування двигуна шляхом виключення обмежень по сорту вживаного палива - різні сорти бензину, дизельного палива, біопаливо, авіаційного гасу, природного газу і др.; б) хорошу економічність завдяки хорошій наповнюваності робочого об'єму, високій швидкості і повноті згорання палива при надлишку повітря у високотемпературній камері перетікання; в) мінімізацію забруднення навколишнього середовища; г) мінімізацію термічного навантаження на елементи і системи двигуна; д) спрощення конструкції двигуна і підвищення надійності його роботи що в цілому є рішенням задачі винаходу. Перша додаткова відмінність від попереднього варіанту полягає в тому, що камери перетікання встановлені на корпусі на герметичних теплоізолюючих прокладках. Це дозволяє з одного боку наблизити до адіабатичності протікання термодинамічних процесів і мати високу температуру в камерах перетікання, необхідну для надійного займання і швидкого згорання палива, а з іншої - істотно зменшити теплопередачу від нагрітих стінок камер перетікання до корпусу, тим самим понизивши його теплонапруженність і підвищити надійність роботи двигуна. Додаткова відмінність від попереднього варіанту полягає в тому, що камери перетікання мають стінки з високопористої термостійкої кераміки. Це забезпечує швидку і ефективну теплопередачу від нагрітої в попередніх робочих циклах високопористої кераміки, наприклад, з карбіду кремнію, свіжим порціям паливо-повітряної суміші, що поступає, для її швидкого займання і згорання при найбільшому ступені стиснення, коли зімкнуті грані суміжних лопатевих поршнів. При цьому не потрібні які-небудь спеціальні пристрої для синхронізації займання паливо-повітряної суміші з найбільшим ступенем стиснення в двигуні. Пориста кераміка при достатньо великій поверхні і хорошій газопроникності має набагато більшу масу і, відповідно, велику теплоємність в порівнянні з газоподібним середовищем, що забезпечує швидку теплопередачу паливу будь-якого сорту і вигляду, його надійне займання і швидке згорання. Щоб забезпечити найбільший контакт паливо-повітряної суміші з пористою керамікою і виключити перетікання газу в місці кутового стику граней і торців зімкнутих лопатевих поршнів, камери перетікання можуть додатково забезпечуватися газонепроникними роздільниками. Все це разом узяте забезпечує рішення поставленої задачі винаходу по розширенню вживаності двигуна використанням різних палив, спрощення його конструкції і підвищення надійності роботи. Додаткова відмінність від першого варіанту полягає в тому, що кругова робоча порожнина корпусу секції має тороподібну форму. Це дозволяє виключити кутові стики між елементами ущільнення лопатевих поршнів використанням компресійних кілець, тим самим мінімізувати витоки стислого газу і спростити систему ущільнення в цілому. 93603 10 Додаткова відмінність від першого варіанту полягає в тому, що роторно-поршнева машина має загальний вихідний вал з принаймні двома ексцентриками і що складається як мінімум з двох співвісних кругових робочих секцій корпус. При цьому кут розвороту як робочих секцій одна щодо іншої, так і ексцентриситетів ексцентриків вихідного валу може бути до 180° і визначається фахівцями відповідно до умов і необхідних особливостей роботи РПМ. Така роторно-поршнева машина, як правило, у разі її використання як РПДВЗ, має обертальний момент без негативної складової і без великих змін його величини. Її робота характеризується зменшеним рівнем вібрацій при сполученні з навантаженням, що сприятливо позначається на надійності роботи і тривалості ресурсу. Інша додаткова відмінність від першого варіанту полягає в тому, що роторно-поршнева машина має вал редуктора відбору потужності із зубчатим колесом, що знаходиться в зачепленні з проміжним зубчатим колесом, встановленим на планетарному зубчатому колесі. При такому конструктивному виконанні РПМ є можливість змінювати не тільки величину обертального моменту і обороти вала відбору потужності, але і здійснювати реверс напряму його обертання, що розширює область застосування РПМ. Ще одна додаткова відмінність від першого варіанту полягає в тому, що камери перетікання мають розділені газонепроникним роздільником вхідний і вихідний канали, вхідні канали сполучені патрубками з входом нагрівача, а вихідні - з виходом нагрівача, при цьому впускні канали двигуна сполучені з виходом холодильника, а випускні канали двигуна сполучені з входом холодильника. Таке виконання камер перетікання дозволяє здійснити підведення тепла поза їх об'ємом і забезпечити роботу двигуна із зовнішнім згоранням палива, незалежно від його сорту, вигляду і агрегатного стану. В цьому випадку згорання палива може бути постійним без яких-небудь обмежень по циклічності його горіння. При цьому як роздільники, так і впускні і випускні канали камер перетікання конструктивно можуть бути виконані безпосередньо в корпусі двигуна, що істотно спрощує його конструкцію і забезпечує надійність роботи. Це дозволяє реалізувати роботу РПМ за схемою Стірлінга із зовнішнім підведенням тепла, що забезпечує можливість використання практично будь-якого джерела тепла (палива) для отримання механічної енергії, що в цілому є рішенням поставленої задачі винаходу. Додаткова відмінність від попереднього варіанту полягає в тому, що між виходом радіатора і вихідними каналами РПМ включений терморегулюючий дросель. Це дозволяє реалізувати роботу РПМ із замкнутим циклом робочого тіла в режимі холодильної машини з перетворенням механічної роботи обертання валу в різницю температур і відповідно підведення/відведення тепла до/від випарника і радіатора, що є розширенням області застосування РПМ і рішенням задачі винаходу. 11 Додаткова відмінність від попереднього варіанту полягає в тому, що всі вхідні канали РПМ підключені до вхідного колектора, а всі вихідні канали РПМ підключені до вихідного колектора. Залежно від функціонального призначення така РПМ може використовуватися як компресорна машина для стиснення різного роду газів, так і як вакуумна машина для відкачування різного роду газів із закритих об'ємів, що є розширенням області її застосування і є рішенням задачі винаходу. Додаткова відмінність від попереднього варіанту полягає в тому, що лопатеві поршні мають еластичні газо/гідронепроникні вставки і/або герметичні порожнини з пружною стінкою для виключення можливості гідравлічного удару при роботі. Така машина об'ємного розширення, як правило, використовується як об'ємний нагнітач рідини або газу. Спрощення конструкції і підвищення надійності роботи РПМ як двигуна досягається використанням камер перетікання і організацією в них умов для надійного займання і ефективного згорання палива при найвищому ступені стиснення без спеціальних пристроїв синхронізації моменту займання палива щодо фаз роботи кінематичного механізму РПМ. Рішення задачі розширення області застосування РПМ досягається забезпеченням їх роботи у якості багатопаливних двигунів (тобто незалежно від сорту і виду використовуваного палива) шляхом оснащення робочої порожнини РПМ камерами перетікання, за допомогою яких здійснюється підведення теплової енергії в двигуни як внутрішнього, так і зовнішнього згорання. Крім того, за допомогою камер перетікання забезпечується фази робочих процесів різних по функціональному призначенню РПМ, таких як холодильна машина, нагнітач (компресор), вакуумна машина. Отже, вирішення завдань винаходу з використанням камер перетікання для цілеспрямованого протікання різних робочих процесів в РПМ різного призначення не є наявним для фахівця і представляє єдність предмету винаходу. Далі суть винаходу - в основному на мінімальних прикладах - пояснюється докладним описом різних варіантів конструкції роторно-поршневої машини об'ємного розширення з посиланнями на креслення, що додаються, де зображені на: фігурах 1 - 10, 24 - 28, 31 - 36, 41 - 45 - РПМ з планетарним механізмом із значеннями передавального відношення планетарного зубчатого зачеплення і=3/4 (у загальному випадку і=n/(n+1) (де n=1, 2, 3, де n=1, 2, 3, 4 і так далі) як основи конструкції РПМ об'ємного розширення різного призначення (наприклад, двигунів, холодильних машин, компресорів, вакуумних машин); фігурах 11-23, 29-30, 37-40 - варіанти роторнопоршневих машин у вигляді ілюстрацій їх роботи і характеристик. На кресленнях схематично зображені: на фіг. 1 показаний подовжній розріз РПМ з її планетарним механізмом на прикладі РПДВЗ як машина об'ємного розширення; на фігурах 2-10 показана робота планетарного механізму при передавальному відношенні плане 93603 12 тарного зубчатого зачеплення і=3/4 для різного кутового положення лопатевих поршнів і ланок кінематичного ланцюга їх приводу залежно від поточного положення ексцентриситету ексцентрика вихідного валу, а саме: встановленого на ексцентрику (ексцентриситет якого умовно позначений відрізком OQ) вихідного валу водила з планетарним зубчатим колесом, центр якого позначений літерою Q, а плечі водила - літерами А і В; пари важелів співвісних робочих валів, позначеними літерами CO і DO; пари шатунів, позначених літерами АС і BD, що сполучають згадане водило АВ з важелями CO і DO співвісних робочих валів, - і відповідні ним положення: фіг. 2 - початкове кутове положення лопатевих поршнів і ланок їх кінематичного приводу при умовно початковому (верхньому) кутовому положенні ексцентрика вихідного валу 0° (1080° і так далі); фіг. 3 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 45° проти годинникової стрілки; фіг. 4 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 90°; фіг. 5 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 135°; фіг. 6 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 180°; фіг. 7 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 225°; фіг. 8 - те ж, що і на фіг.2, але при повороті вихідного валу на 270°; фіг. 9 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 405°; фіг. 10 - те ж, що і на фіг. 2, але при повороті вихідного валу на 540°; на фігурах 11-23 - показаний перетин корпусу РПДВЗ по круговій робочій порожнині для різних поточних положень лопатевих поршнів за 540° обороту вихідного валу від умовного 0° (верхнього) положень ексцентрика OQ вихідного валу з відліком кутів його повороту проти годинникової стрілки, зокрема: фіг. 11 - початкове кутове положення лопатевих поршнів в кільцевій робочій порожнині корпусу при умовно початковому кутовому (верхньому) положенні ексцентрика OQ робочого валу (0°, 1080° і так далі); фіг. 12 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 45° проти годинникової стрілки; фіг. 13 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 90°; фіг. 14 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 135°; фіг. 15 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 180°; фіг. 16 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 225°; фіг. 17 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 270°; фіг. 18 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 315°; фіг. 19 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 360°; 13 фіг. 20 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 405°; фіг. 21 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 450°; фіг. 22 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 495°; фіг. 23 - те ж, що і на фіг. 11, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 540°; фіг. 24 - показаний перетин камери перетікання двигуна внутрішнього згорання, встановленою на корпусі двигуна на теплоізолюючих газонепроникних прокладках; фіг. 25 - показаний перетин камери перетікання двигуна внутрішнього згорання, що має газонепроникний роздільник її вхідного і вихідного каналів; фіг. 26 - показаний перетин камери перетікання двигуна внутрішнього згорання, що має стінки з високопористої термостійкої газопроникної кераміки; фіг. 27 - показаний подовжній розріз планетарного механізму на прикладі РПДВЗ як машини об'ємного розширення з тороїдальною робочою порожниною; фіг. 28 - показана кінематична схема (другий варіант конструкції) РПДВЗ із загальним вихідним валом, що має два ексцентрика, для двох планетарних механізмів, між якими розташований корпус, що складається з двох аналогічних співвісних робочих секцій. Кут осьового розвороту між секціями і ексцентриситетами ексцентриків вихідного валу вибирається у кожному окремому випадку фахівцями виходячи з конструктивноексплуатаційних вимог в діапазоні від до 180°; фіг. 29 - апроксимований синусоїдою графік зміни величини крутного моменту М односекційного РПДВЗ залежно від поточного кута повороту вихідного валу φ; фіг. 30 - апроксимовані синусоїдами графіки зміни величини крутного моменту М (залежно від поточного кута повороту вихідного валу φ) від кожної з двох секцій двигуна (лінії «А» і «В»), а також їх результуючий сумарний графік (лінія «С») при двосекційному конструктивному виконанні РПДВЗ; фіг. 31 - показана кінематична схема РПДВЗ, що має редуктор, з планом швидкостей ланок цього редуктора; фіг. 32 - показана кінематична схема РПДВЗ, що має редуктор, з реверсивним напрямом оборотів і крутного момента вала відбору потужності (другий варіант конструкції редуктора); фіг. 33 - показаний перетин камери перетікання двигуна зовнішнього згорання (по схемі Стірлінга), конструктивно виконаної безпосередньо в тілі корпусу двигуна у вигляді її вхідного і вихідного каналів і роздільника між ними при перекритті торцем лопатевого поршня обох вхідного і вихідного каналів; фіг. 34 - показано положення, коли обидва вхідний і вихідний канали перекриваються торцями обох зімкнутих лопатевих поршнів, розділяючи збільшуючийся і зменшуючийся поточні об'єми; фіг. 35 - показаний перетин впускного і випускного каналів двигуна зовнішнього згорання при 93603 14 зімкнутому положенні граней суміжних роторівпоршнів; фіг. 36 - показана працююча за схемою Стірлінга РПМ і перетин її корпусу; на фігурах 37-40 - показаний перетин корпусу по круговій робочій порожнині працюючий за схемою Стірлінга РПМ для різних поточних положень лопатевих поршнів за 135° обороту вихідного валу від умовного 0° (верхнього) положення ексцентрика OQ вихідного валу з відліком кутів його повороту проти годинникової стрілки, зокрема: фіг. 37 - початкове кутове положення лопатевих поршнів в кільцевій робочій порожнині корпусу при умовно початковому кутовому (верхньому) положенні ексцентрика OQ робочого валу (0°, 1080° і так далі); фіг. 38 - те ж, що і на фіг. 37, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 45° проти годинникової стрілки; фіг. 39 - те ж, що і на фіг. 37, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 90° проти годинникової стрілки; фіг. 40 - те ж, що і на фіг. 37, але при повороті ексцентрика OQ вихідного валу на 135° проти годинникової стрілки; фіг. 41 - показано підключення впускних і випускних каналів до кругової робочої порожнини РПМ при її використанні у якості холодильної машини; фіг. 42 - показані вхідний і вихідний канали РПМ для стиснення (компресор) або перекачування різних газів; фіг. 43 - показано підключення впускних і випускних каналів до кругової робочої порожнини РПМ при її використанні у якості нагнітача (компресора), наприклад, повітря; фіг. 44 - показані вхідний і вихідний канали гідроперекачувальної РПМ; фіг. 45 - показано підключення впускних і випускних каналів до кругової робочої порожнини РПМ при її використанні як гідроперекачувальної РПМ. На фіг. 1, 26-28 стрілками показані напрями матеріальних потоків, наприклад газу. Тут і далі для потреб опису роторнопоршневих машин об'ємного розширення і їх кінематичних механізмів, починаючи з простого РПДВЗ, схематично показані такі їх частини як: корпус 1, що має кругову робочу порожнину; зовнішній робочий вал 2; внутрішній робочий вал 3; важелі 4 зовнішнього і внутрішнього робочих валів 2 і 3; осесиметричні лопатеві поршні 5 і 6, відповідно жорстко встановлені на співвісних робочих валах 2 і 3. Лопатеві поршні 5 і 6 мають радіальні і торцеві елементи ущільнювачів (особливо не позначені і не виділені). Крім того, в особливих окремих випадках вони можуть мати вісе-сіметричні порожнини на бічних гранях, наприклад, що виконують функцію камер згорання у разі РПДВЗ при необхідності; вихідний вал 7, графічно виділений на фіг. 1 товстою лінією; 15 ексцентрик 8 вихідного валу 7, графічно позначений на фіг. 1 у вигляді коліна; водило 9, встановлене на ексцентрику 8 вихідного валу 7; шатуни 10, що сполучають водило 9 з важелями 4; планетарне зубчате колесо 11, жорстко пов'язане з водилом 9; нерухоме центральне зубчате колесо 12, що знаходиться в зачепленні з планетарним зубчатим колесом 11 і співвісне: робочим валам 2 і 3, вихідному валу 7 і круговій робочій порожнині корпусу (секції) 1; зубчатий вінець 13, жорстко закріплений на ексцентрику 8 вихідного валу 7; противага 14, яка виконує функції балансування мас ексцентрика 8, водила 9 і планетарного колеса 11, шатунів 10; стартер 15, закріплений на корпусі 1; обгінна муфта 16; зубчате колесо 17, що знаходиться в зачепленні із зубчатим вінцем 13; впускний канал 18, сполучений з робочою порожниною корпусу (секції) 1; випускний канал 19, також сполучений з робочою порожниною корпусу (секції) 1; паливна апаратура 20 (використовується тільки для випадку зовнішнього с сумішоутворення); електроіскрова свіча/паливна форсунка 21 (свічка - для випадку зовнішнього сумішоутворення і/або форсунка - для випадку внутрішнього сумішоутворення); стінки 22 каналів порожнини охолоджування корпусу (секції) 1; камери перетікання 23, які в простому випадку можуть бути виконані безпосередньо в корпусі 1 (див. фіг. 11-23), а також можуть бути виконані у вигляді окремих конструктивних елементів і встановлені на корпусі (секції) 1 (див. фіг. 24, 25 і 26); теплоізолюючі газонепроникні прокладки 24 (фіг. 24, 25); високопористі термостійкі газопроникні керамічні стінки 25 (див. фіг. 26) камер перетікання 23; газонепроникні роздільники 26 (див. фіг. 25); вхідні 27 і вихідні 28 канали камер перетікання 23 (див. фіг. 33), між якими розташовані роздільники 26; редукторний вал 29 відбору потужності, використовуваний у разі потреби редукування (фіг. 31) і реверсу (фіг. 32) оборотів РПДВЗ; зубчате редукторне колесо 30, закріплене на редукторному валу 29; проміжне зубчате колесо 31, закріплене на планетарному зубчатому колесі 10; сполучні патрубки 32 (фіг. 36) для передачі робочого тіла конструктивним елементам двигуна, що працює за схемою Стірлінга; нагрівач 33 робочого тіла; холодильник 34 робочого тіла; терморегулюючий дросель 35; випарник 36; радіатор 37; вхідний колектор 38; вихідний колектор 39; пружний компенсатор 40; 93603 16 пружні стінки 41 герметичного об'єму. Робота планетарного механізму роторнопоршневої машини об'ємного розширення далі розглядається на прикладі роботи РПДВЗ, що має передавальне відношення планетарної зубчатої пари і=3/4 (див. фіг. 1, нерухоме центральне зубчате колесо 12 і планетарне зубчате колесо 11) і по 4 лопатевих поршня 5 і 6, закріплених на робочих валах 3 і 2. При пуску РПДВЗ стартер 15 отримує електроживлення і він через обгінну муфту 16, зубчате колесо 17 приводить в обертання масивний зубчатий вінець 13 і жорстко сполучений з ним вихідний вал 7, конструктивно виконаний разом з ексцентриком 8. Встановлені на ексцентрику 8 вихідного валу 7 планетарне зубчате колесо 11 і жорстко сполучене з ним водило 9 отримують рух в результаті руху їх осі і зачеплення планетарного колеса 11 з нерухомим центральним зубчатим колесом 12. Далі рух від водила 9 за допомогою шатунів 10 передається важелям 4 робочих валів 2 і 3, на яких закріплені лопатеві поршні 5 і 6, які починають здійснювати обертально-коливальний рух в робочій порожнині РПМ. Такий рух є результатом того, що відносно «нульової» точки миттєвих швидкостей, якою є точка сполучення ділильних кіл зубчатої передачі (нерухоме центральне зубчате колесо 12 і планетарне зубчате колесо 11), постійно змінюється кут положення і миттєва відстань до плечей водила 9, які сполучають шатуни 10 з важелями 4 співвісних робочих валів 2 і 3. Це забезпечує постійну зміну величини лінійної і кутової швидкості важелів 4 і відповідно обертально-коливальний рух співвісних робочих валів 2 і 3 і закріплених на них лопатевих поршнів 5 і 6 в робочій порожнині корпусу (секції) 1. При цьому вихідний вал 7 з ексцентриком 8 і робочі вали 2 і 3 з лопатевими поршнями 5 і 6 обертаються в протилежні сторони. Противага 14 виконує функцію балансування мас ексцентрика 8, планетарного колеса 11, водила 9 і масивного зубчатого вінця 13, що виконує функцію маховика. Можливе сумісне конструктивне виконання зубчатого вінця 13 і противаги 14. При роботі РПДВЗ зубчатий вінець 13 (див. фіг. 1) виконує роль маховика двигуна. Тому він повинен бути масивним для подолання негативної складової обертального моменту, а також для «згладжування» поточної величини обертального моменту на вихідному валу 7. Через внутрішні порожнини корпусу 1, що має канали охолоджування із стінками 22, прокачується рідина, що охолоджує, яка запобігає перегріву РПДВЗ. Система охолоджування маслом лопатевих поршнів 5 і 6 особливо не показана і не позначена. На фігурах 2-10 показана робота планетарного механізму при передавальному відношенні планетарного зубчатого зачеплення і=3/4 для різного кутового положення лопатевих поршнів і ланок кінематичного ланцюга їх руху залежно від поточного положення ексцентриситету ексцентрика 8 вихідного валу 7. При цьому як координатна система кінематичного механізму РПДВЗ прийняті позначені тонкою штрих-пунктирною лінією верти 17 кальна і горизонтальна осі, що проходять через осі робочої порожнини корпусу 1, валів 2, 3, 7. На фіг. 2 показано умовно початкове положення 0° вихідного валу 7 з ексцентриком 8 і відповідне йому положення планетарного зубчатого колеса 11 з водилом 9, шатунів 10 і важелів 4 роторів-поршнів 5 і 6 щодо нерухомого центрального зубчатого колеса 12 і корпуси (секції) 1. Ексцентриситет ексцентрика 8 вихідного валу 7 позначений відрізком OQ і займає вертикальне положення, а водило 9 займає горизонтальне положення над вихідним валом 7 і позначено літерами АВ. Кінематичний зв'язок між водилом 9 і важелями 4 робочих валів 2 і 3 здійснюється шатунами 10, позначеними на фіг. 2 літерами АС і BD. У початковому положенні показані штрих-пунктирною лінією осі лопатевих поршнів 5 і 6 розташовуються симетрично щодо горизонтальної осі під гострим кутом до неї. При цьому кут між віссю ОС важеля 4 зовнішнього робочого вала 2 і віссю лопатевого поршня 6 позначений кутом φ1=const (оскільки вони закріплені на одному валу 2), а кут між віссю OD важеля 4 робочого вала 3 і віссю лопатевого поршня 5 позначений кутом φ2=const (оскільки вони закріплені на одному валу 3). На фіг. 2 кут між осями важелів 4 обох робочих валів 2 і 3 мінімальний і позначений як кут ∆1. Далі вихідний вал 7 з ексцентриком 8 здійснює обертальний рух проти годинникової стрілки. Тоді, через кінематичні зв'язки, по нерухомому центральному зубчатому колесу 12 перекочується планетарне зубчате колесо 11 (ці обидва колеса виділені товстою лінією), яке встановлене на ексцентрику 8. Воно передає рух жорстко сполученому з ним водилу 9. Цим забезпечується постійна зміна руху плечей QA і QB водила 9 (як по напряму так і по величині швидкості) щодо «нульової» точки миттєвих швидкостей, якою є точка сполучення ділильних кіл зубчатих коліс 11 і 12. За допомогою шатунів 10 така варіація швидкостей передається від осей плечей А і В водила 9 на осі С і D важелів 4 співвісних робочих валів 2 і 3 і далі на лопатеві поршні 5 і 6 роторно-поршневої машини. Таким чином останні отримують обертальноколивальний рух в круговій робочій порожнині РПМ. На фіг. 3 вихідний вал 7 і його ексцентрик 8 (з ексцентриситетом OQ) показані вже поверненими на 45° проти годинникової стрілки. Відповідно повертаються за годинниковою стрілкою планетарне зубчате колесо 11 з водилом 9. Через постійність кутів φ1 і φ2 шатуни 10, позначені літерами АС і BD, розводять позначені лініями ОС і OD важелі 4 робочих валів 2 і 3 на кут ∆2>∆1. Відповідно розлучаються і лопатеві поршні 5 і 6. При подальшому повороті вихідного валу 7 на кут 90°, на фіг. 4 показано, що водило 9 займає більше кутове положення, а шатуни 10, позначені літерами АС і BD, продовжують розводити важелі 4, позначені лініями ОС і OD на кут ∆3>∆2>∆1. При цьому лопатеві поршні 5 і 6 виявляються розведеними на ще більший кут. При русі вихідного валу 7 на кут 135°, на фіг. 5 показано, що водило 9 (позначено літерами А і В) обертаючись за годинниковою стрілкою займає 93603 18 положення 45° до вертикалі, а шатуни 10, позначені літерами АС і BD, продовжують розводити важелі 4, позначені лініями ОС і OD, тобто ∆4∆3>∆2>∆1. При подальшому русі вихідного валу 7 на кут 180°, на фіг. 6 показано, що шатуни 10, позначені літерами АС і BD, починають зводити важелі 4, позначені лініями ОС і Od на кут ∆5