Роторно-поршнева машина об’ємного розширення

Номер патенту: 87229

Опубліковано: 25.06.2009

Автор: Драчко Євген Федорович

Є ще 15 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Роторно-поршнева машина об'ємного розширення, що включає:

а) корпус, що має кругову робочу порожнину і впускні і випускні канали,

б) щонайменше два робочих вали, які співвісні круговій 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) концентричний робочим валам вихідний вал, що має водило,

д) встановлені на плечах водила вихідного вала колінчасті вали із закріпленими на них планетарними зубчатими колесами, які зчеплені з центральним нерухомим зубчатим колесом,

е) шатуни, що шарнірно сполучають важелі робочих валів і колінчасті вали,

яка відрізняється тим, що

вихідний вал має ексцентрик, на якому встановлені водило і планетарне зубчате колесо, при цьому

планетарне зубчате колесо знаходиться у 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), а водило шарнірно сполучено шатунами з важелями обох робочих валів та кількість лопатевих поршнів, встановлених на кожному робочому валу, дорівнює n+1.

2. Роторно-поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що кругова робоча порожнина корпусу має тороподібну форму.

3. Роторно-поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що корпус має щонайменше одну форкамеру, сполучену з круговою робочою порожниною каналом перетоку.

4. Роторно-поршнева машина за п. 3, яка відрізняється тим, що канал перетоку розташований щодо форкамери тангенціально.

5. Роторно-поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що корпус має щонайменше двосекційну кругову робочу порожнину з робочими валами і лопатевими поршнями, що знаходяться у ній, а вихідний вал має щонайменше два ексцентрики, на яких встановлені водила разом з планетарними зубчатими колесами, при цьому планетарні зубчаті колеса знаходяться в зачепленні з центральними нерухомими зубчатими колесами, а водила шарнірно сполучені шатунами з важелями робочих валів, причому як секції робочої порожнини корпусу, так і ексцентрики вихідного вала можуть бути розгорнені один щодо іншого на кут до 180°.

6. Роторно-поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що впускні і випускні канали робочої порожнини корпусу відповідно попарно підключені:

до нагрівача, регенератора, сполученого з холодильником відпрацьованих газів, до додаткового холодильника.

7. Роторно-поршнева машина за п. 1, яка відрізняється тим, що в місці з'єднання випускних каналів з робочою порожниною корпусу встановлені прохідні клапани.

Текст

1. Роторно-поршнева машина об'ємного розширення, що включає: а) корпус, що має кругову робочу порожнину і впускні і випускні канали, б) щонайменше два робочих вали, які співвісні круговій 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) концентричний робочим валам вихідний вал, що має водило, д) встановлені на плечах водила вихідного вала колінчасті вали із закріпленими на них планетарними зубчатими колесами, які зчеплені з центральним нерухомим зубчатим колесом, е) шатуни, що шарнірно сполучають важелі робочих валів і колінчасті вали, яка відрізняється тим, що вихідний вал має ексцентрик, на якому встановлені водило і планетарне зубчате колесо, при цьому планетарне зубчате колесо знаходиться у зачепленні з центральним нерухомим зубчатим колесом з внутрішнім зубчатим зачепленням з передаваль C2 2 (19) 1 3 87229 4 конструкції роторно-поршневих машин (далі РПМ), лопатевих поршнів і внутрішніми стінками однієї що містять планетарний механізм. Такий механізм секції і в якій послідовно протікають такти робочозабезпечує взаємно-відносний обертального процесу. коливальний рух об'ємно-витіснювальним елеменРівень техніки там РПМ - лопатевим поршням, плунжерам, манВідомі роторно-поршневі машини з планетаржетам, що знаходяться в одному корпусі (секції). ними механізмами подібного призначення, наприРПМ з такими планетарними механізмами клад, автор Е. Кауертц, патент США: залежно від додаткового устаткування - здатні Eugene Kauertz, Rotary Radial-Piston Machine, працювати як роторно-поршневі двигуни внутрішUS patent #3144007, Aug. 11, 1964, publ. 1967; Roнього згорання (далі РПДВЗ) на довільному рідкоtary vane motor, US patent #6886527 ICT. му і/або газоподібному паливі в режимі внутрішВони також описані, наприклад, в патентах Нінього і/або зовнішнього сумішеутворення. Крім меччини N 142119 за 1903 p., N 271552, кл. 46 аб того РПМ з такими кінематичними механізмами 5/10 за 1914 p., Франції N 844351, кл. 46 а5 за здатні працювати як роторно-поршневі двигуни 1938 р., США N 3244156, кл. 12-8.47, 1966 p. і ін. зовнішнього згорання по схемі Стірлінга [1]. Подібного призначення механізми і машини опиВони призначені для оснащення: сані в патентах Росії: N2013597, кл. 5 F02B 53/00, а) різних, переважно малогабаритних трансN 2003818, кл. 5 F 02 В 53/00; N 2141043, кл. 6 F портних засобів, наприклад, легкових автомобілів, 02 В 53/00, F 04 C 15/04, 29/10, 1998г.; України N таксі і невеликих вантажівок; 18546, кл. F 02 В 53/00, F 02 G 1/045, 1997г. малогабаритних судів типу моторних човнів, Планетарні механізми цих роторних машин катерів і яхт; забезпечують взаємно-відносний обертальнонадлегких і легких літальних апаратів типу паколивальний рух їх компресійних елементів - лорамоторов, моторних дельтапланів, літаків і особпатевих поршнів. Проте відомі планетарні механіливо легких гелікоптерів; зми не здатні з необхідним ресурсом декілька тиб) мототехніка для активних видів відпочинку і сяч годин роботи передавати на вихідний вал спорту, таких як мотоцикли, тетрацикли, скутери і значні зусилля від лопатевих поршнів, наприклад, снігоходи; декілька тонн, під час робочого ходу двигуна у разі в) тракторів і інших самохідних сільськогоспоРПДВЗ. дарських знарядь переважно для фермерських Загальними конструктивними ознаками відогосподарств і присадибних ділянок і мих роторно-поршневих машин з такими планетаг) компактних і мобільних комплексів «РПДВЗрними механізмами є: электрогенератор». корпус з круговою робочою порожниною, що Крім того, роторно-поршневі машини об'ємномає впускні і випускні канали; го розширення з такими кінематичними механізщонайменше дві пари лопатевих поршнів, жомами можуть працювати як компресори, нагнітачі, рстко закріплених на двох робочих валах, співісних перекачуючі пристрої повітря і/або різних газів: поверхні робочої порожнини, причому щонаймеа) для наповнення різних ємкостей, наприньше один з валів має кривошип; клад, шин автомобілів і літаків; співісний робочим валам вихідний вал з водиб) подачі стислого повітря для різних технололом; гічних потреб, наприклад, для різного роду розпирозташоване на водилі вихідного валу щонайлювачів і повітродувок. менше одне планетарне зубчате колесо, що має Застосовно тільки до винаходу тут і далі позовнішнє зубчате зачеплення з нерухомим значені: центральним зубчатим колесом, співісним поверхтерміном «РПДВЗ» - такий двигун, який має ні робочої порожнини і вихідному валу; щонайменше чотири лопатеві поршні, встановлекривошипний(і) вал(и), співісний(і) планетарних на співісних валах щонайменьше в одному ному зубчатому колесу; круговому корпусі (секції). Причому, таких корпусів шатун(и), що шарнірно сполучає(ють) важелі (секцій) може бути декілька і вони можуть бути робочих валів з кривошипними валами планетарвиконані суміжними; них зубчатих коліс. терміном «грань» - бічна поверхня кожного Планетарний механізм таких двигунів має ряд лопатевого поршня з одного боку, що сполучаєтьнедоліків. Перший - це необхідність робити велися по її периметру з внутрішніми стінками робочої кими розміри планетарних зубчатих коліс зовнішпорожнини корпусу; нього зачеплення, щоб забезпечити їх працездаттерміном «робоча порожнина корпусу (секції)» ність при передаваних робочих навантаженнях. - порожнина, яка розташована між внутрішньою Інший недолік - швидкість обертання планетарних стінкою робочої порожнини корпусу і гранями лозубчатих коліс і співісних їм кривошипних валів патевих поршнів. Вона складається не менше чим повинна бути у декілька разів більше швидкості з чотирьох одночасно існуючих поточних об'ємів, обертання вихідного валу, що погіршує умови рощо змінюються по величині. При роботі РПМ роботи підшипників і зменшує ресурс їх роботи. Требоча порожнина корпусу (секції) має постійний тій недолік - кривошипні вали і співісні їм планетаоб'єм незалежно від кутового зсуву лопатевих порні зубчаті колеса розташовані на водилі на ршнів щодо їх початкового «нульового» положензначному радіусі від осі вихідного валу. З цієї приня; чини на них діють значні відцентрові сили, які терміном «поточний об'єм» - кожна змінна по створюють додаткові навантаження на підшипники величині частина об'єму робочої порожнини корпланетарних зубчатих коліс, що також зменшує пусу (секції), яка поміщена між гранями суміжних ресурс роботи РПМ. 5 87229 6 Найбільш близька до технічної суті винаходу Короткий виклад суті винаходу Метою винахоконструкція пристрою по патенту США: US Patent # ду є спрощення планетарного механізму роторної 6,739,307, US Cl. 123/245, May 25, 2004, Internal машини об'ємного розширення і забезпечення Combustion Engine and Method, author Ralph конструктивних умов для підвищення надійності і Gordon Morgado. збільшення ресурсу його роботи. Цей роторний двигун має корпус з сосною виПоставлене завдання винаходу вирішене тим, хідному валу круговою робочою порожниною, в що роторно-поршнева машина об'ємного розшиякій розташовані лопатеві поршні, жорстко закріпрення з пленетарним механізмом, яка включає: лені на двох концентричних робочих валах. Ці ваа) корпус, що має кругову робочу порожнину і ли є сполучною ланкою між об'ємновпускні і випускні канали; витіснювальною газодинамічною частиною РПМ і б) щонайменше два робочих вала, які співвісні її планетарним механізмом. кругової поверхні робочої порожнини і оснащені з Планетарний механізм такого двигуна має спіодного боку лопатевими поршнями і з іншого боку вісні вихідному валу нерухомо закріплене на корважелями; пусі центральне зубчате колесо і два концентричв) щонайменше одне центральне нерухоме них робочих вала. На робочих валах: з однією зубчате колесо, яке співісне поверхні робочої погазодинамічної - сторони розташовані згадані лорожнини і робочим валам; патеві поршні, а з іншої - кінематичної - встановг) концентричний робочим валам вихідний вал, лені важелі. Вихідний вал має водило, на якому що має водило; діаметрально встановлені колінчасті вали і співісні д) встановлені на плечах водила вихідного ваїм планетарні зубчаті колеса, що знаходяться в лу колінчасті вали із закріпленими на них планетазачепленні з центральним нерухомим зубчатим рними зубчатими колесами, які зчеплені з центраколесом. Замикання кінематичного ланцюга здійсльним нерухомим зубчатим колесом; нюється парою шатунів, що шарнірно сполучають е) шатуни, що шарнірно сполучають важелі колінчасті вали з важелями обох робочих валів. робочих валів і колінчасті вали, Такий планетарний механізм двигуна має ряд яка відрізняється тим, що недоліків. вихідний вал має ексцентрик, на якому встаПерший - це складність планетарного механіновлені водило і планетарне зубчате колесо, при зму, яка обумовлена наявністю декілька таких одцьому нотипних деталей як планетарні зубчаті колеса і планетарне зубчате колесо знаходиться у заспівісні їм колінчасті вали. Це збільшує витрати на чепленні з центральним нерухомим зубчатим ковиготовлення, а також матеріаломісткість і вагу лесом з внутрішнім зубчатим зачепленням з перепристрою. давальним відношенням і = n / (п +1) (де п =1, 2, 3, Другий недолік - це великі кутові швидкості 4, 5 ... - ряд цілих чисел), планетарних зубчатих коліс і жорстко пов'язаних з водило шарнірно сполучено шатунами з важеними колінчастих валів, що у декілька разів перелями обох робочих валів та вищують швидкість обертання вихідного валу. Цікількість лопатевих поршнів, встановлених на єю обставиною визначаться надмірно велике кожному робочому валу, дорівнює п +1. швидкісне навантаження підшипникових вузлів, що На відміну від прототипу, задум винаходу позменшує надійність і ресурс роботи механізму. лягає в тому, щоб зменшити, абсолютні кутові Третій недолік - це обмеження по величині пешвидкості колінчастих валів і жорстко пов'язаних з редаваних робочих навантажень зубчатими заченими планетарних зубчатих коліс. Це досягається пленнями планетарних зубчатих коліс, що мають шляхом зменшення передавального відношення зовнішнє зачеплення з центральним нерухомим зубчатого зачеплення і зміною напряму обертання колесом і відносно невелику величину перекриття роторних валів на протилежне вихідному валу (що зубів і, відповідно, невелику вантажну здатність не є очевидно для фахівця). Крім того, застосутакої зубчатої пари. ванням внутрішнього зачеплення досягається його Четвертий недолік - великий радіус установки велика здатність до навантаження. на плечах водила вихідного валу колінчастих валів У такому планетарному механізмі роторноі планетарних зубчатих коліс. Це приводить до поршневої машини об'ємного розширення декілька виникнення великих відцентрових сил і навантапланетарних зубчатих коліс і сполучених з ними жень, що діють на підшипники, що відповідно приколінчастих валів замінені одним планетарним водить до зменшення ресурсу планетарного мехазубчатим колесом і жорстко пов'язаним з ним вонізму. дилом, причому обидва вони встановлені на ексЗ викладеного видно, що недоліки описаного центрисітеті вихідного валу. Це забезпечує: вище двигуна і його планетарного механізму зока) спрощення пристрою внаслідок зменшення рема, визначаються конструктивними особливоскількості планетарних зубчатих коліс і виключення тями і умовами роботи таких конструктивних елезв'язаних з ними кривошипних валів. Крім того, ментів як колінчасті вали і встановлених на них досягається додаткове спрощення конструкції випланетарних зубчатих коліс, а саме: хідного валу заміною на ексцентрик його громізд- передавальним відношенням зубчатого закого водила, що має плечі великого радіусу; чеплення; б) перехід на внутрішнє зубчате зачеплення - виду зубчатого зачеплення - зовнішнього; планетарної пари з великим коефіцієнтом пере- великим радіусом установки колінчастих вакриття зубів. Цим досягається можливість передалів і планетарних зубчатих коліс на плечах водила чі великих крутних моментів при малій швидкості вихідного валу. відносного переміщення зубів, що зачіпляються, з 7 87229 8 мінімальними втратами на тертя і мінімум їх зносу; мою Стірлінга із зовнішнім підведенням тепла, що в) зменшення кутової швидкості планетарного забезпечує можливість використання практично зубчатого колеса і збільшення ресурсу роботи йобудь-якого джерела тепла (палива) для отримання го підшипників; механічної енергії. г) заміну обертального руху у вузлах шарнірДодаткова відмінність від першого варіанту ного кріплення шатунів тільки на рух з малою куполягає в тому, що випускні канали забезпечені товою швидкістю, що коливається, і передачу вепрохідними клапанами. ликих навантажень з великим ресурсом; Така машина об'ємного розширення, як прад) зменшення радіусу установки планетарного вило, використовується як нагнітач (компресор) зубчатого колеса і відповідне зменшення дії відцеповітря або газу. нтрових сил на його підшипники Спрощення пристрою і рішення першої задачі що в цілому є рішенням задачі винаходу. винаходу досягається заміною декількох планетаПерша додаткова відмінність від попереднього рних зубчатих коліс і колінчастих валів одним плаваріанту полягає в тому, що кругова робоча поронетарним зубчатим колесом з водилом, встановжнина корпусу секції має торообразную форму. леним на ексцентриситеті вихідного валу. Крім Це дозволяє виключити кутові стики між елетого, спрощується конструкція вихідного валу заментами ущільнення лопатевих поршнів викорисміною громіздкого водила на ексцентрик. танням компресійних кілець, тим самим мінімізуваЗменшення кутової швидкості планетарних зути витоки стислого газу і спростити систему бчатих коліс і збільшення величини передаваного ущільнення в цілому. робочого навантаження зубчатим зачепленням Додаткова відмінність від попереднього варіа(рішення другої і третьої задачі винаходу) досяганту полягає в тому, що корпус має щонайменьше ється зменшенням передавального відношення одну форкамеру, сполучену з робочою порожнипланетарної зубчатої пари: і=n/(n+1) (де n =1, 2, 3, ною каналом перетоку. 4, 5 ... - ряд цілих чисел), тобто і D1. Відточка сполучення ділильних кіл зубчатої передачі повідно розводяться і лопатеві поршні 5 і 6. (нерухоме центральне зубчате колесо 12 і планеПри подальшому русі вихідного вала на кут тарне зубчате колесо 11), постійно змінюється кут 90°, на фіг.4 показано, що водило 9 займає вже положення і миттєва відстань до плечей водила 9, вертикальне положення, а шатуни 10, позначені яке сполучають шатуни 10 з важелями 4 співісних прямими AC і BD, продовжують розводити важелі робочих валів 2 і 3. Це забезпечує постійну зміну 4, позначені лініями OC і OD на кут D3>D2>D1 . При величини лінійної і кутової швидкості важелів 4 і цьому лопатеві поршні 5 і 6 знову виявляються відповідно обертально-коливальний рух співісних зведеними до вертикальної осі подібно до того, як робочих валів 2 і 3 і закріплених на них лопатевих це показано на фіг. 2. поршнів 5 і 6 в робочій порожнині корпусу (секції) При русі вихідного валу на кут 135°, на фіг.5 1. При цьому вихідний вал 7 з ексцентриком 8 і показано, що водило 9 (позначено літерами А і В) робочі вали 2 і 3 з лопатевими поршнями 5 і 6 обертаючись за годинниковою стрілкою займає обертаються в протилежні боки. Противага 14 виположення 45° до вертикалі, а шатуни 10, познаконує функцію балансування мас ексцентрика 8, чені прямими AC і BD, починають зводити важелі планетарного колеса 11, водила 9 і масивного зу4, позначені лініями OC і OD, тобто D4>D3 . Проте бчатого вінця 13, що виконує функцію маховика. через постійність кутів j1 і j2 лопатеві поршні 5 і 6 Можливе сумісне конструктивне виконання зубчарозходяться і їх положення стає подібним до потого вінця 13 і противаги 14. ложення, показаного на фіг.З. На фіг. 2 показано умовно початкове полоПри подальшому русі вихідного вала на кут ження 0° вихідного валу 7 з ексцентриком 8 і від180°, на фіг.6 показано, що шатуни 10, позначені повідне йому положення планетарного зубчатого прямими AC і BD1 продовжують зводити важелі 4, колеса 11 з водилом 9, шатунів 10 і важелів 4 ропозначені лініями OC і OD на кут A 5 < A 4 . При торів-поршнів 5 і 6 щодо нерухомого центрального цьому лопатеві поршні 5 і 6 знову виявляються зубчатого колеса 12 і корпусу(секції) 1. Ексцентризведеними до вертикальної осі подібно до того, як ситет ексцентрика 8 вихідного валу 7 позначений це показано на фіг. 2. При цьому водило 9, познатовстою лінією OQ і займає вертикальне положенчене літерами AB, знову займає горизонтальне ня, а водило 9 займає горизонтальне положення положення, але вже під вихідним валом 7 і ексценнад вихідним валом 7 і позначено літерами AB. триком 8. Положення ланок кінематичного механіКінематичний зв'язок між водилом 9 і важелями 4 зму на фіг. 6 виявляється вісе-симетричним полоробочих валів 2 і 3 здійснюється шатунами 10, женню кінематичних ланок фіг.2. позначеними на фіг.2 прямими AC і BD. У початкоТаким чином, починаючи з умовно початкового вому положенні показані штрих-пунктирной лінією положення 0°, через кожних 90° повороту вихідно 15 87229 16 го валу 7 з ексцентриком 8 лопатеві поршні 5 і 6 «2» - сполучений з випускним каналом 19 і має виявляються зведеними планетарним механізмом найбільший об'єм, що у випадку для РПДВЗ відподо вертикальної осьової лінії (див. фіг. 2, 4 і 6). відає завершенню такту «Робочий хід» і початку Крім того, з постійним зрушенням в 45° від умовно такту «Випуск відпрацьованих газів»; початкового положення вони ж виявляються роз«3» - має найменший об'єм, що у випадку для веденими через кожні 90° повороту вихідного валу РПДВЗ відповідає завершенню такту «Випуск від7 з ексцентриком 8 (див. фіг. 3 і 5). Отже, такий працьованих газів» і початку такту «Впуск»; планетарний механізм роторнопоршневої машини «4» - сполучений з впускним каналом 18 з кароб'ємного розширення в ході її роботи забезпечує бюратором 20 і має найбільший об'єм, що у випадобертально-коливальний рух лопатевим поршням ку для РПДВЗ відповідає завершенню такту 5 і 6 з їх постійними фазовими положеннями щодо «Впуск» і початку такту «Стиснення». нерухомого центрального зубчатого колеса 12, Неважко побачити, що показане на фіг.7 і 9 впускного 18 і випускного 19 каналів корпуположення лопатевих поршнів 5 і 6 подібно, а просу(секції) 1. тікання робочих процесів відрізняється тільки зсуНа фігурах 7-11 показаний перетин корпусу 1 вом на один такт робочого процесу РПДВЗ. Відпопростого РПДВЗ по круговій робочій порожнині для відно, показані на фіг.8 і 10, а також на фіг. 9 і 11 різних положень лопатевих поршнів 5 і 6 за 1/2 положення лопатевих поршнів 5 і 6 подібно, а прообороту робочого валу 7. Такий РПДВЗ має платікання фізичних процесів в поточних об'ємах «1» нетарний механізм, робота якого детально розгля«4» відрізняється тільки зсувом на один такт при нута вище (див. фігури 2 - 6), при цьому положенповороті вихідного валу 7 на 90°. При цьому поканя лопатевих поршнів 5 і 6 на фігурах 2-6 і на зане на фіг. 7 і 11 положення лопатевих поршнів 5 фігурах 7-11 аналогічні. У круговій робочій порожі 6 також подібно, але протікання робочих процесів нині РПДВЗ мають місце чотири змінних по велив поточних об'ємах «1» - «4» вже відрізняється чині замкнутих об'ємів між гранями лопатевих позсувом на 2 такти робочого процесу РПДВЗ при ршнів 5 і 6 і внутрішньою робочою порожниною повороті вихідного валу 7 на 180°. Відповідно при корпусу 1. Ці 4 поточних робочих об'єму позначені повороті вихідного валу 7 на 360° протікання рона фігурах 7-11 цифрами в колах від «1» до «4». бочого процесу в поточних робочих об'ємах змісНа фіг.7 показані поточні робочі об'єми: титься на усі 4 такти робочого процесу РПДВЗ. «1» - сполучений з впускним каналом 18 з карОтже, робочий процес РПДВЗ у всіх чотирьох побюратором 20 (використовуваним тільки для виточних робочих об'ємах циклічно повторюватипадку зовнішнього сумішеутворення) і має найбіметься через кожен оборот вихідного валу 7. льший об'єм, що у випадку для РПДВЗ відповідає При роботі простого РПДВЗ зубчатий вінець завершенню такту «Впуск» і початку такту «Стис13 (див. фіг.1) виконує роль маховика двигуна. нення»; Тому він повинен бути масивним для подолання «2» - сполучається зі свічою 21 (для випадку негативної складової крутного моменту, а також зовнішнього сумішеутворення) і/або з форсункою для «згладжування» поточної величини крутного (для випадку внутрішнього сумішеутворення ) і моменту на вихідному валу 7. має найменший об'єм, що у випадку для РПДВЗ Через внутрішні порожнини корпусу 1, що має відповідає завершенню такту «Стиснення» і початстінки 22, прокачується охолоджувальна рідина, ку такту «Робочий хід»; що запобігає перегріву РПДВЗ. Система охоло«3» - сполучений з випускним каналом 19 і має джування маслом лопатевих поршнів 5 і 6 особлимаксимальний об'єм, що у випадку для РПДВЗ во не показана і не позначена. відповідає завершенню такту «Робочий хід» і поНа фіг. 12 показаний простий РПДВЗ який має чатку такту «Випуск відпрацьованих газів»; корпус 1 з форкамерою 23, в якій закріплена фор«4» - має мінімальний об'єм, що у випадку для сунка 21 для здійснення внутрішнього сумішеутвоРПДВЗ відповідає завершенню такту «Випуск відрення. Причому настройкою планетарного механіпрацьованих газів» і початку такту «Стиснення»; зму забезпечується фаза зімкнення лопатевих На фіг.8 поточні робочі об'єми: поршнів 5 і 6 в кінці такту «стиснення» напроти «1» - має замкнутий об'єм, що зменшується, каналу перетоку 24 форкамери 23. При цьому в що у випадку для РПДВЗ відповідає протіканню ході роботи двигуна при перетіканні газу з робочої такту «Стиснення»; порожнини корпусу 1 у форкамеру 23 завдяки тан«2» - має замкнутий об'єм, що збільшується, генціально розташованому переточному каналу 24 що у випадку для РПДВЗ відповідає протіканню у форкамері 23 утворюється вихровий потік, який такту «Робочий хід»; сприяє хорошому і швидкому перемішуванню пові«3» - сполучений з випускним каналом 19 і має тря з паливом і швидкому згоранню останнього. об'єм, що зменшується, що у випадку для РПДВЗ На фіг. 13 показаний простий РПДВЗ, що має відповідає протіканню такту «Випуск відпрацьовакорпус 1 з торообразною робочою порожниною. них газів»; Його робота аналогічна раніше описаному РПДВЗ «4» - сполучений з впускним каналом 18 з карз кільцевою робочою порожниною (див. фіг.1 і 7бюратором 20 і має об'єм, що збільшується, що у 11). Але виконання корпусу 1 з торообразною ровипадку для РПДВЗ відповідає протіканню такту бочою порожниною дозволяє виключити кутові «Впуск»; стики між елементами ущільнення використанням На фіг. 9 поточні робочі об'єми: компресійних кілець. Це мінімізує витоки стислого «1» - має замкнутий мінімальний об'єм, що у газу і спрощує систему ущільнення лопатевих повипадку для РПДВЗ відповідає завершенню такту ршнів 5 і 6. «Стиснення» і початку такту «Робочий хід»; Показаний на фіг. 14 РПДВЗ має вихідний вал 17 87229 18 7 з двома ексцентриками 8 і двосекційний корпус рух передається від водила 9 через шатуни 10 на 1, розташований між двома раніше описаними важелі 4 валів 2 і 3. Останні приводять у рух лопапланетарними механізмами (див. фіг. 2-6). Як сектеві поршні 5 і 6, які знаходяться в робочій порожції корпусу 1, так і ексцентрики 8 загального вихіднині РПМ і здійснюють обертально-коливальний ного валу 7 можуть бути розгорнені один щодо рух. іншого так, щоб при роботі РПДВЗ крутні моменти На фіг. 18 вихідний вал 7 і його ексцентрик 8 від обох секцій складалися на вихідному валу 7. (він позначений відрізком прямої OQ) повернені Величина такого розвороту може досягати 180° і вже на 30° проти годинникової стрілки. Відповідно визначається фахівцями виходячи з конкретних повертаються за годинниковою стрілкою планетавимог і умов роботи РПДВЗ. Як правило, вибирарне колесо 11 і водило 9. Далі на фігурах 19 - 29 з ються такі кути розвороту секцій корпусу 1 і ексцедискретністю в 30° показані послідовні положення нтриків 8, які забезпечують зсув фаз максимальної ланок планетарного механізму і відповідні ним і мінімальної амплітуд величини крутних моментів положення лопатевих поршнів 5 і 7 в робочій повід кожної з секцій, щоб отримати найбільш «згларожнині РПМ. джений» сумарний крутний момент. Неважко побачити, що через кожних 120° На фіг.15 показаний апроксимований синусої(240°, 360° і так далі) повороту вихідного валу 7, дою графік зміни величини крутного моменту починаючи з умовно початкового положення 0°, бічні грані лопатевих поршнів 5 і 6 постійно виявM=f(j), де j - кут повороту вихідного валу 7 просляються зведеними разом в одному і тому ж місці того РПДВЗ (див. фіг.1, 7-11, 13), що має односекщодо положення зубів нерухомого центрального ційний корпус 1. В цьому випадку крутний момент колеса 12 і корпусу 1. Цим забезпечується постіймає не тільки велику амплітуду зміни його величиність положення фази зімкнення бічних граней ни, але і навіть негативну складову. Щоб в ході лопатевих поршнів 5 і 6 щодо впускних 18 і випусроботи простого РПДВЗ, особливо на малих обокних каналів 19 корпусу 1. Ця обставина дозволяє ротах, подолати негативну складову крутного мореалізувати двигун із зовнішнім згоранням по схементу доводиться робити зубчатий вінець 12 мамі Стірлінга. сивним для виконання ним також функції На фіг. 30-34 схематично показаний перетин маховика, що обважнює двигун. по робочій порожнині корпусу 1 простого двигуна, РПДВЗ з двосекційним корпусом 1 (див. фіг. виконаного по схемі Стірлінга із зовнішнім згоран14) має згладжений результуючий крутний момент ням. Цей двигун має планетарний механізм з пев результаті складання на загальному вихідному редавальним числом і=2/3 зубчатої пари -коліс 11 і валу 7 крутних моментів від обох секцій. На фіг. 16 12, робота якого детально описана вищим (див. літерою «А» позначений апроксимований синусоїфігури 17-29). Робоча порожнина корпусу 1 такого дою графік крутного моменту від лівої секції, літедвигуна має 3 пари впусканих 18 і випускних 19 рою «В» -від правої секції, літерою «С» - сумарний каналів, розташованих з кутом близько 120° щодо графік від обох секцій. Отже, при роботі РПДВЗ з один одного. Всього між гранями лопатевих поршдвосекційним корпусом 1 вже можливе отримання нів 5 і 6 і стінками робочої порожнини корпусу 1 нової якості - крутний момент на вихідному валу 7 утворюється б поточних робочих об'ємів, позначевже може бути без негативної складової і без вених цифрами в колах від «1» до «6». Кожна пара ликих перепадів його величини. При роботі і сповпускний канал 18 і випускний канал 19 - замикалученні такого двигуна з навантаженням рівень ється на свій агрегат: вібрацій буде менший, що сприятливо позначаєть- верхня пара каналів 18 і 19 замикається на ся на надійності і ресурсі роботи як його самого, нагрівач 25; так і навантаження. В цьому випадку зубчатий ві- права пара каналів 18 і 19 замикається на ренець 13 може бути мінімальної ваги і виготовлятигенератор 26 і холодильник відпрацьованих газів ся з умов достатньої міцності, що знижує вагу і 27; матеріаломісткість РПДВЗ. - ліва пара каналів 18 і 19 замикається на доНа фігурах 17-29 показана робота планетардатковий холодильник 28. ного механізму, аналогічного раніше детально У початковому положенні (фіг.30) грані лопаописаному механізму (див. фіг. 2-7), але що має тевих поршнів 5 і 6 зведені один до одного. Цим передавальне число і = 2/3 зубчатої пари - коліс 11 досягається максимальний ступінь стиснення роі 12 - і по 3 лопатевих поршня 5 і 6, закріплених на бочого газу в порожнині: робочих валах 2 і 3. - нагрівача 25 для ефективного підведення теНа фіг. 17 (аналогічно фіг. 2) показано умовно пла від його зовнішнього джерела при найбільшій початкове положення 0° вихідного валу 7 з вертищільності робочого газу; кально розташованим ексцентриком 8 (він умовно - регенератора 26 і холодильника відпрацьопоказаний ексцентриситетом у вигляді відрізку ваних газів 27 для подальшого ефективного пропрямої OQ), а також початкове положення лопатекачування робочого газу через них; віх поршнів 5 і 6. У цьому початковому положенні - додаткового холодильника 28 для ефективводило 9 розташовано горизонтально над віссю ного відведення тепла від робочого газу при його вихідного валу 7 і ексцентриком 8. найбільшій щільності і нагріванні від стиснення. Далі вихідний вал 7 з ексцентриком 8 починає Далі при обертанні вихідного валу 7 (фіг. 31) обертальний рух проти годинникової стрілки. Тоді, грані лопатевих поршнів 5 і 6 починають з їх однієї перекочуючись по нерухомому центральному зусторони розходитися, а з іншої - сходитися. При бчатому колесу 12, встановлене на ексцентрику 8 цьому: вихідного валу 7 планетарне зубчате колесо 11 і - у поточному об'ємі «1» здійснюється робочий сполучене з ним водило 9 приходять у рух. Далі 19 87229 20 хід нагрітим в нагрівачі 25 робочим газом в ході ексцентриситет позначений відрізком прямої OQ), його розширення; а також початкове положення лопатевих поршнів 5 - з об'єму «2» в об'єм «3» перетікають високоі 6. У цьому початковому положенні водило 9 розтемпературні відпрацьовані гази через регенераташовано горизонтально над віссю вихідного валу тор 26 і холодильник відпрацьованих газів 27. При 7 і ексцентриком 8. цьому спочатку відпрацьовані гази в регенераторі Далі вихідний вал 7 з ексцентриком 8 починає 26 віддають свою високу початкову температуру обертальний рух проти годинникової стрілки. Тоді, робочому газу, що входить в нагрівач 25, і далі перекочуючись по нерухомому центральному зуохолоджуються в холодильнику відпрацьованих бчатому колесу 12, встановлене на ексцентрику 8 газів 27; вихідного валу 7 планетарне зубчате колесо 11 і - з об'єму «4» в об'єм «5» перетікають заздасполучене з ним водило 9 приходять у рух. Далі легідь охолоджені відпрацьовані гази через додатрух передається від водила 9 через шатуни 10 на ковий холодильник 28, де додатково знижується їх важелі 4 валів 2 і 3. Останні приводять у рух лопатемпература; теві поршні 5 і 6, які знаходяться в робочій порож- у об'ємі «6» здійснюється стиснення раніше нині РПМ і здійснюють обертально-коливальний послідовно охолодженого в холодильнику відпрарух. цьованих газів 27 і додатковому холодильнику 28 На фіг.36 вихідний вал 7 і його ексцентрик 8 робочого газу з мінімальною витратою механічної (він позначений відрізком прямої OQ) повернені енергії на стиснення газу. вже на 45° проти годинникової стрілки. Відповідно При подальшому обертанні вихідного вала 7 повертаються за годинниковою стрілкою планета(фіг. 32) грані лопатевих поршнів 5 і 6 продовжурне колесо 11 і водило 9. Далі на фігурах 37 - 41 з ють з одного боку розходитися, а з іншої - сходидискретністю в 45° показані послідовні положення тися. При цьому: ланок планетарного механізму і відповідні ним - у поточних об'ємах «1», «2», «3», «4» і «5» положення лопатевих поршнів 5 і 7 в робочій поздійснюються ті ж процеси, які ілюструються фіг. рожнині РПМ. 31; Неважко побачити, що починаючи з умовно - з об'єму «6» в об'єм «1» починається перетіпочаткового положення 0°, через кожних 135° кання робочого газу з його послідовним нагріван(270°, 405°, 540° і так далі) повороту вихідного ням спочатку в регенераторі 26, а потім - в нагрівалу 7 бічні грані лопатевих поршнів 5 і 6 постійно вачі 25. виявляються зведеними разом в одному і тому ж При подальшому обертанні вихідного вала 7 місці щодо положення зубів нерухомого централь(фіг. 33, 34) грані лопатевих поршнів 5 і 6 продовного колеса 12. Цим забезпечується постійність жують з одного боку розходитися, а з іншої - схоположення фази зімкнення бічних граней лопатедитися. При цьому: вих поршнів 5 і 6 щодо впускних 18 і випускних - у поточних об'ємах «1», «2» і «3» здійснюканалів 19 корпусу 1. Ця обставина дозволяє реаються ті ж процеси, які ілюструються фіг. 32; лізувати РПДВЗ з паралельним протіканням одно- об'єм «4» зменшується аж до його відсічення йменних тактів робочого процесу в одній робочій від об'єму «5». В результаті цього в загальній попорожнині корпусу 1. В цьому випадку однойменні рожнині поточного об'єму «4» і додаткового холотакти робочого процесу протікатимуть симетрично дильника 28 росте тиск, а зростання температури щодо осі вихідного валу 7. обмежується відбором тепла від робочого газу На фіг.42 показаний перетин корпусу 1 РПДВЗ додатковим холодильником 28. Цим мінімізуються по круговій робочій камері. Такий двигун має опивтрати механічної енергії в двигуні при подальшосаний вище планетарний механізм з передавальму стисненні робочого газу перед підведенням до ним числом і = 3/4 зубчатої пари - коліс 11 і 12 нього тепла; (див. фіг. 35 - 41) і осе-симметрично розташовані: - об'єм «5» також відповідно виявляється відвпускні канали 18, випускні канали 19, карбюратосіченим від об'єму «4». Неважко побачити, що місри 20 і електроіскрові свічки 21 (для випадку зовцеположення поточного об'єму «5» на фіг.34 понішнього сумішеутворення). вністю відповідає місцеположенню поточного Такий РПДВЗ має по 4 лопатевих поршня 5 і 6 об'єму «6» на фіг.ЗО, як і фізичні процеси що в на кожному з робочих валів 2 і 3, які утворюють 8 ньому відбуваються; поточних об'ємів між гранями лопатевих поршнів 5 - об'єм «6» на фіг.34 відповідає місцеположені 6 і робочою порожниною корпусу 1. Аналогічно ню поточного об'єму «1» на фіг.ЗО, як і фізичні позначенням раніше описаному РПДВЗ з 4 поточпроцеси що в відбуваються в ньому. ними робочими об'ємами (наприклад, див. фіг. 10), Отже, робочі процеси описаного тут двигуна із на фіг. 42 позначені цифрами в колах від «11» до зовнішнім підведенням тепла по схемі Стірлінга «41» поточні робочі об'єми, розташовані у верхній циклічно повторюються, реалізуючи його роботу. частині робочої порожнини корпусу 1. Інші 4 потоНа фігурах 35-41 показана робота планетарчних робочих об'єму, позначених цифрами в колах ного механізму, аналогічного раніше детально від «12» до «42», розташовані в нижній частині описаним механізмам (див. фігури 2-7 і 17-29), але робочої порожнини корпусу 1. При русі лопатевих що має передавальне число і = 3/4 зубчатої пари поршнів 5 і 6 за годинниковою стрілкою у відповідколіс 11 і 12 - і по 4 лопатевих поршня 5 і б, закріних поточних об'ємах паралельно здійснюються плених на робочих валах 2 і 3. наступні робочі процеси: На фіг.35 (аналогічно фіг. 2 і фіг. 17) показано - «11» і «12» - робочий хід; умовно початкове положення 0° вихідного валу 7 з - «21» і «22» - виштовхування відпрацьованих вертикально розташованим ексцентриком 8 (його газів; 21 87229 22 - «31» і «32» - впуск; описаними вище планетарними механізмами дорі- «41» і «42» - стиснення. внює: РПДВЗ з паралельним протіканням тактів роK = m/t бочого процесу в одній робочій порожнині корпусу де: k - кількість паралельно протікаючих одно1 в порівнянні з простим РПДВЗ властиві наступні йменних тактів робочого процеса; m - кількість позитивні якості, що забезпечують надійність ропоточних об'ємів в робочій порожнині (секції) корботи і збільшений ресурс, що є метою винаходу: пусу 1; t - кількість тактів робочого циклу. - симетричність нагріву корпусу 1, що мінімізує Роторно-поршнева машина об'ємного розшийого термодеформацию як на перехідних режирення (див. фіг.43), що має раніше описаний пламах, так і в ході роботи з постійним навантаженнетарний механізм (див. фігури 2 -6) і що виконує ням; функції нагнітача (компресора), при роботі приво- симетричність крутного моменту, що діє на диться в дію обертанням вихідного валу 7 від зовлопатеві поршні 5 і 6, що в значній мірі розвантанішнього приводу. Вона має клапани 29 (наприжує підшипники робочих валів 2 і 3. клад, пелюсткового типу), які встановлені в місці У загальному випадку паралельне протікання приєднання роздвоєного випускного патрубка 19 однойменних тактів робочого процесу в РПМ з до корпусу 1 і які забезпечують однонаправлене описаними вище планетарними механізмами запереміщення текучого тіла (наприклад, газу) від лежить як від кількості тактів робочого циклу, так і зменшуючогося об'єму між гранями лопатевих від кількості поточних об'ємів в робочій порожнині поршнів 5 і 6, що зводяться, через випускний ка(секції) корпусу 1, що відсікаються гранями лопанал 19 у бік об'єму з меншим тиском. тевих поршнів 5 і 6. У такій РПМ має місце паралельне здійснення Наприклад, робочий цикл РПДВЗ включає 4 тактів «впуск» і «випуск» робочого циклу. такти: «впуск», «стиснення», «робочий хід» і «виПромислова придатність пуск відпрацьованих газів». Для його здійснення Пропанована РПМ та варианти її реалізації не РПМ з описаним вище планетарним механізмом мають будь-яких конструкційних особливостей, повинна мати щонайменьше 4 поточних об'єма складних для виготовлення на сучасному маши(див. фігури 7 - 11). А для здійснення РПДВЗ з нобудівному обладнанні загального призначення. паралельним протіканням однойменних тактів роКрім того, для їх виготовлення придатні сучасні бочого процесу вже необхідно щонайменьше 8 конструкційні материали широкого застосування. поточних об'ємів (див. фіг. 42). У разі ж РПМ, що Таким чином, пропанована РПМ та її варианти здійснює нагнітання газу, робочий цикл включає можуть серійно виготовлятись у промислових мавсього 2 такти: «впуск» і «випуск». Тоді для здійссштабах. нення паралельного протікання таких однойменЛітература них тактів робочого процесу вже достатньо 4 пото1. (Рідер Р., Хупер Ч. Двигуни Стірлінга: Пер. з чних об'єма - подібно до простого РПДВЗ (див. фіг. англ.д-ра техн.наук С.С.Ченцова. -М.:, Мир, 1986. 7-11). 464 с, мал. стр.13; Stirling Engines. Grehem Таким чином, кількість паралельно протікаюТ.Reader, Charles Hooper. London New York; E&F. чих однойменних тактів робочого процесу в РПМ з N. Spon). 23 87229 24 25 87229 26 27 87229 28 29 87229 30 31 87229 32 33 87229 34 35 87229 36 37 87229 38 39 87229 40 41 87229 42 43 87229 44 45 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 87229 Підписне 46 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Rotor-piston machine with volumetric expansion

Автори англійською

Drachko Yevhen Fedorovych

Назва патенту російською

Роторно-поршневая машина объемного расширения

Автори російською

Драчко Евгений Федорович

МПК / Мітки

МПК: F01C 1/00, F04C 2/00, F03C 2/00, F02B 53/00

Мітки: розширення, машина, об`ємного, роторно-поршнева

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/23-87229-rotorno-porshneva-mashina-obehmnogo-rozshirennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Роторно-поршнева машина об’ємного розширення</a>

Подібні патенти