Силовий агрегат

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к созданию компрессоров, насосов, силовых агрегатов различного назначения. Известны силовые агрегаты, например, поршневые, в которых газ в рабочем пространстве сжимается под действием перемещающегося поршня. Наиболее близким к заявляемому решению является ротационный пластинчатый компрессор, содержащий корпус, замкнутые камеры и механизм сжатия рабочей среды, в котором под действием центробежной силы пластины выдвигаются из ротора и прижимаются к корпусу, образуя при этом замкнутые камеры в серповидном пространстве между корпусом и ротором. Объем этих камер, начиная от всасывающего патрубка в направлении вращения ротора в начале увеличивается, а затем уменьшается (1). Недостатком таких агрегатов являются их большие габариты, шум и невысокий КПД. Задачей изобретения является разработка конструкции силового агрегата, в котором можно реализовать способ превращения вращательного движения во вращательно-колебательные и наоборот, путем использования шаропланетарного механизма, что позволит осуществить за один полный рабочий цикл (один оборот вала) процесс сжатия и разряжения рабочей среды в сферическом объеме, объем которой больше общего объема всего агрегата. Поставленная задача решается тем, что в силовом агрегате корпус состоит по меньшей мере из двух частей, внутри выполненных, например, в виде сферической формы И замыкает объем рабочих камер, вал выполнен с шарообразным утолщением, а механизм сжатия и разряжения рабочей среды выполнен в виде шаропланетарного механизма, состоящего из шарообразного тела, на котором в плоскости, наклоненной под углом к оси вала, выполнена концентрическая выемка, внешний сферический контур которой замыкает планетарное кольцо, которое связано с рабочим телом, зафиксированным полюсными центрами. Кроме того, шаропланетарный механизм кинематически связан с клапанной системой, исполнительный механизм которой выполнен, например, в виде дисков-распределителей, установленных с возможностью вращения. Планетарное кольцо выполнено по меньшей мере из двух частей. Механизм сжатия, разряжения рабочей среды, имеет элементы уплотнений, систему смазки и охлаждения. Такое конструктивное выполнение силового агрегата за счет совмещения процессов сжатия и нагнетания позволяет сжимать максимальный объем вокруг шаропланетарного механизма и, как следствие, сжимать за один оборот объем рабочей среды больше общего объема агрегата. На фиг.1 - 3 показан шаропланетарный силовой агрегат, на фиг.4 - 5 приведена конструкция автоматической клапанной системы, на фиг.6 показаны варианты использования изобретения: - в качестве пневмодвигателя; - в качестве пневмоусилителя; - в качестве компрессора-насоса; - в качестве пневмопривода бесступенчатой передачи вращательного движения. Силовой агрегат (фиг.1 - 3) состоит из вала с шарообразным утолщением 1, на котором установлены планетарные ведомые полукольца 2, с шаровыми телами зацепления 3, которые входят в зацепление с рабочим телом, выполненным в виде сферических сегментов 5. Полюсные центры 4 в сборе со сферическими вкладышами 6 разделяют две герметичных камеры 1-2. На полюсных центрах размещены втулки скольжения 7. Корпус 8 выполнен по меньшей мере из двух частей, внутри выполненными в виде сферической формы. Пример исполнения и работа. В силовом агрегате одновременно в процессе работы происходит сжатие сферического объема и его разряжение в двух рабочих камерах поочередно. Непрерывный процесс достигается благодаря использованию шаропланетарного механизма, шарообразный вал которого вращается на оси I - I. На шарообразном теле в плоскости (А - А), наклоненный под углом (на примере угол 30°) к оси I - I имеется концентрическая выемка, диаметр которой равен 50мм. В выемке при вращении шарообразного вала 1 относительно оси II - II скользят (вращаются) два планетарных полукольца 2, заполняющих своими телами объем выемки. По периметру планетарных полуколец, на диаметрально-противоположной их стороне по диаметру Ф72, равному диаметру шара шарообразного вала входят в зацепление два шаровых тела шарики 3, которые передают движение рабочим сферическим сегментам 5 через кинематическую цепь: вращение шарообразного вала 1, вращение планетарных полуколец 2, перемещение шариков в плоскости по траектории Ф72 из точек 1 и 2 в точки 3 и 4, проворачивая таким образом относительно оси IV - IV рабочие сегменты 5 (по назначению выполняют роль поршней). В сборе с полюсными центрами рабочие сегменты фиксируются с корпусом и образуют замкнутый контур сферического кольца (фиг.3, сечение А - А) которое во время работы шаропланетарного механизма осуществляет вокруг оси IV - IV вращательно-колебательное движение с конструктивно заданным поворотом (на примере 120°). За время вращения шарообразного вала на 1/2 оборота рабочие сферические сегменты 5 вместе с полюсными центрами 4 из крайнего правого положения (ось симметрии III - III) проворачиваются вокруг оси IV - IV против часовой стрелки и занимают крайнее левое положение (ось симметрии VI - VI). В этом положении шарики 3 соответственно находятся в мертвых точках 3 и 4. Далее второй полуоборот вала 1 повторяет кинематику движения шаропланетарного механизма, вследствие чего рабочие сферические сегменты 5 заканчивают полный цикл колебательного движения вокруг оси IV - IV и занимают исходное положение, в котором шарики 3 находятся соответственно в мертвых точках 1 и 2. В сборе две части корпуса 8 вокруг движущи хся рабочих сегментов 5 образуют замкнутое сферическое пространство, которое в плоскости, проходящей через тела деталей вала 1, сферических вкладышей 6 и полюсных центров 4 делится на две рабочих камеры 1 и 2, а в плоскости, наклоненной к оси шарообразного вала под углом 30° (сечение А - А), телами деталей вала 1, планетарных полуколец 2, рабочих сегментов 5 и полюсных центров 4 разделено на четыре герметичных рабочих камеры: две сжатия и две разряжения. Это позволяет использовать силовой агрегат в режимах компрессора, насоса, двигателя и т.п., задействовав для эти х целей соответствующие рабочие камеры. Из описанной конструкции силового агрегата видно, что все оси симметрии, вокруг которых происходит движение деталей (перемещение, вращение) пересекаются в одной точке - в центре шаропланетарного механизма, поэтому совсем очевидно, что центробежные силы движущихся деталей и сил энерции в этом механизме уравновешены, вследствие чего вал (равноценно как и корпус) может развивать большие обороты, увеличивая тем самым производительность шаропланетарного силового агрегата, его дельную мощность и КПД. Ме ханизм автоматической клапанной системы силового агрегата (фиг.4 - 5) состоит из неподвижного корпуса 1, прижимной герметизирующей крышки 2, вращающегося дискараспределителя 3 и предназначен для регулирования движения рабочей среды в силовом агрегате, обеспечения непрерывного поочередного процесса сжатия и разряжения в рабочих камерах (фи г.5), а также выполняет функцию охлаждения рабочей среды. Корпус 1 (фиг.4) имеет цилиндрическую форму, на торцевой стороне которой на диаметральной линии выполнены три отверстия, одно из которых находится в центре и предназначено для свободной посадки на шарообразный вал, а два других, равных по диаметру и равноудаленных от центра, служат подводящими каналами всасывания и нагнетания рабочей среды для рабочих камер 1 и 2. Отверстия для нагнетания расположены на наружной цилиндрической поверхности корпуса. Вращающийся диск-распределитель 3 имеет центровое отверстие для его жесткой посадки на шарообразный вал, а также сквозные отверстия, расположенные по кольцу и предназначенные для смазки. На расстоянии равном радиусу окружности, проходящей в поле отверстий для смазки, выполнены с торцов прямоугольные выточки (углубления), выполняющие совместно с выступами на корпусе и крышке роль центрирующих подшипников скольжения. Зеркальная перекрывающая поверхность диска-распределителя имеет специальную форму сквозного серповидного окна и углубленной сегментной выточки по внешнему диаметру. Серповидное окно и сегментная выточка равны по объему удаленного металла и диаметрально разделены телом диска-распределителя. Наружный диаметр диска-распределителя выполнен меньшим внутреннего диаметра корпуса с целью получения пустоты проводного канала рабочей среды. Крышка 2 (фиг.4) представляет собой диск, диаметр которого равен наружному диаметру корпуса. На диаметральной линии выполнены три отверстия аналогично отверстиям на торце корпуса. На корпусе и на крышке на торцевой их стороне имеются кольцевые выступы, которые свободно входят в торцевые выточки диска-распределителя. При вращении диска-распределителя 3 в динамике достигается синхронизация колебательных перемещений сферических сегментов (через мертвые точки 1 и 2, 3 и 4) с моментом начала и заканчивания процессов сжатия и разряжения в рабочих камерах шаропланетарного силового агрегата. Этот процесс регулируется автоматически за счет мгновенных переключений нагнетающего канала на всасывающий вращающимися дискамираспределителями 3, имеющими на своих торцах специальную зеркальную поверхность. На фиг.4 в заданном положении показаны каналы Фа 2 и Фа1 соответственно нагнетающий и всасывающий. При каждом повороте диска-распределителя на 180° они меняют свое назначение из нагнетающего на всасывающий и наоборот. Каналы Фа3 и Фа4 в процессе работы по назначению остаются только всасывающими, а Фа5 - только нагнетающим. Конструктивной особенностью работоспособности автоматической клапанной системы (фиг.5) является специальная ее установка на шарообразный вал 1 по посадочному диаметру ФД0 в положении, при котором шаропланетарный механизм точно находится в мертвых точках 1 и 2, а угол a (фиг.4) равен нулю. Шаропланетарному силовому агрегату с автоматической клапанной системой присущи свойства универсальности, многофункциональности при его использовании. На фиг.6 приведены примерные схемы работы в качестве пневмодвигателя, пневмоусилителя, компрессора-насоса, пневмопривода бесступенчатой передачи вращательного движения, а также возможны и другие варианты. Конкретное применение зависит лишь от количества спаренных шаропланетарных силовых агрегатов и выбора комбинаций соотношений размеров (объемов) их рабочих камер, а также вариантов конструктивного исполнения агрегата по предназначению, В режиме двигателя внутреннего сгорания реализация рабочих циклов сжатия и разряжения обеспечивается также шаропланетарным механизмом, который необходимо тюлько связать с синхронной работой систем питания, зажигания, а также охлаждения, смазки и самоконтроля.