Роторно-поршневий двигун

Реферат: Роторно-поршневий двигун містить робочу камеру у вигляді двох взаємно пересічних торів прямокутного або круглого перерізу, у якій обертаються дві пари поршнів прямокутного або круглого перерізу, закріплених на дискових роторах, посаджених на вали, які знаходяться у двох центрах кіл робочої камери, і синхронізованих між собою за допомогою третьої шестірні, причому, дві шестерні одного діаметра, закріплені на валах, не взаємодіють одна з одною, а третя шестірня є проміжною між першою і другою, входить із кожною з них у зачеплення і посаджена на вихідний вал, у дискових роторах є по два прорізи, виконані по дузі, симетрично, і розташовані навпроти поршнів. UA 70255 U (12) UA 70255 U UA 70255 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області машинобудування. Відомий чотиритактний роторно-поршневий двигун внутрішнього згоряння, що складається з камер усмоктування, стиску, згоряння й вихлопу, утворених у результаті обертання ротора відносно статора. Відстань між каналом усмоктування й каналом вихлопу дорівнює ширині поршня. Кутова ширина поршня дорівнює 90° мінус кут зсуву вала обертання за період такту згоряння. Обсяг камери стиску зменшений у порівнянні з обсягом камери згоряння. Свіча запалювання встановлена зі зсувом на кут 180° по ходу обертання поршнів у статорі від початку отвору каналу усмоктування. Ротор складається із двох ступиць, закріплених на валу обертання ротора й вільно обертових на ньому. На фланці кожної ступиці по колу закріплені по два прямокутних поршня із внутрішньою порожниною охолодження, зсунутих між собою на кут 180°, які вставлені в проміжки між двома прямокутними поршнями, закріпленими на фланці протилежної ступиці. Під прямокутними поршнями ротора на фланцях ступиць закріплені відрізки циліндричних труб. Сальники і антифрикційні компресійні кільця встановлені між відрізками циліндричних труб і між фланцями ступиць і циліндром статора. Між внутрішніми сторонами ступиць і валом обертання встановлений диференціал. Із зовнішніх сторін ступиць ротора між бічними кришками статора встановлені регулятори керування обертання прямокутних поршнів [1]. Даний механізм має складний робочий цикл і старт-стопний режим роботи, що вимагає застосування регулятора керування обертання прямокутних поршнів, при цьому зберігається нерівномірність швидкості обертання вихідного вала, що знижує експлуатаційні характеристики й термін служби механізму. Найближчим аналогом є турбопоршневий двигун, що містить ротор, поршень і клапан. Зубчаста шестірня на валу ротора зачеплена з зубчастою шестірнею однакового діаметра на валу клапана. Поршень під дією потенційної енергії робочого тіла може переміщатися в циліндрі щодо нерухомого корпуса і безпосередньо передавати обертовий рух на ротор з валом без проміжних передач. Ротор, закріплений на валу, має циліндричну форму й поміщений у циліндричний корпус. Поршень, закріплений на роторі по колу, поміщений у розширення циліндричного корпуса - у циліндр із клапаном циліндричної форми. Сторона поршня, на яку може тиснути робоче тіло, має прямокутну форму. Клапан циліндричної форми, закріплений на валу й поміщений в отвір у циліндрі, може обертатися в циліндрі. Між клапаном і ротором є мінімальний зазор. Клапан може створювати закритий простір у циліндрі між поршнем і клапаном. Клапан має виріз по колу для пропуску поршня під клапаном і канал подачі робочого тіла, що проходить через вал клапана. При сполученні каналу подачі робочого тіла на валу клапана з отвором трубки подачі робочого тіла, що йде від акумулятора робочого тіла, робоче тіло при відкритому крані подачі робочого тіла може надходити в закритий простір циліндра між клапаном і поршнем. За один такт "Робочий хід" поршень під дією енергії робочого тіла повертає ротор з валом на кут більше 300 градусів. [2] Недоліком такого двигуна є складність герметизації, пов'язана з тим, що: - поршень має мінімальну довжину; - на початку робочого ходу поршня утворюється гостра кромка вирізу на місці стику з клапаном; обкатування ротора циліндричної форми відносно клапана відбувається з прослизанням, що обумовлено різним співвідношенням діаметрів ротора та клапана, що не дорівнює співвідношенню діаметрів шестерень, що знаходяться у взаємному зчепленні. Ускладнено тепловідвід від поршня, оскільки він має мінімальну довжину. Недостатнє використання конструкційних елементів для одержання крутного моменту. Також недоліком є великий хід циліндра (300°), що призводить до падіння робочого тиску і зниженню крутного моменту в 5 разів протягом робочого циклу (що виходить з діаграми зміни тиску в циліндрах залежно від кута повороту вала ротора). Конструктивна особливість цього двигуна полягає в тому, що клапан не створює і не передає робочого зусилля на вихідний вал. Також двигун містить механізм газорозподілу подвійної дії, що складається із крана подачі робочого тіла і вала клапана з отвором трубки подачі робочого тіла, що ускладнює конструкцію. В основу корисної моделі поставлена задача вироблення нового підходу до конструювання універсальних роторно-поршневих двигунів для перетворення енергії робочого тіла в механічну роботу без проміжних передач, при якому один і той самий конструктивний елемент одночасно виконує кілька функцій, що дозволяє створити двигун, у якому у всіх діючих елементах створюється або передається робоче зусилля, усувається складність герметизації і тепловідводу, досягається вдвічі більший крутний момент при тих же габаритах, є можливість реверсування напрямку руху вихідного вала. 1 UA 70255 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вказаний технічний результат, за допомогою якого вирішується поставлена задача досягається тим, що роторно-поршневий двигун містить робочу камеру у вигляді двох взаємно пересічних торів прямокутного або круглого перерізу, у якій обертаються дві пари поршнів, закріплених на дискових роторах, посаджених на вали і синхронізованих між собою за допомогою трьох шестерень. Причому, дві шестерні одного діаметра, закріплені на валах, не взаємодіють одна з одною, а третя шестірня є проміжною між першою і другою, входить із кожною з них у зачеплення і посаджена на вихідний вал. Також механізм містить канали подачі робочого тіла і випуску відпрацьованого робочого тіла. У дискових роторах є прорізи, що виконують роль золотників, які перекриваються в ході робочого циклу для початку і завершення подачі робочого тіла в камеру. Під тиском робочого тіла пара поршнів обертає дискові ротори на валах, через які робоче зусилля передається на дві шестерні однакового діаметра, з яких, в свою чергу, зусилля передається на вихідну вал-шестірню, синхронізуючу рух механізму. Таким чином, у всіх діючих елементах створюється або передається робоче зусилля. Особливістю даного механізму є те, що: - двигун має вдвічі більший крутний момент у порівнянні із прототипом при тих самих габаритах, що досягається наявністю двох робочих поршнів, за рахунок чого вдвічі збільшується площа, на яку може натискати робоче тіло; - дві пари поршнів одночасно і поперемінно виконують функції газорозподільного механізму і поршня; - за один такт робочого ходу поршень під дією енергії робочого тіла повертається на робочий кут більше 62°, за рахунок чого досягається більша рівномірність розподілу рушійних зусиль робочого ходу двигуна, - функції золотника виконують прорізи в роторах; - конструкція дозволяє значно знизити нерівномірність швидкості обертання вихідного вала і усунути вібрації, за рахунок чисто обертового руху пар поршнів без проміжних передач в порівнянні з аналогом і прототипом; - поліпшення герметичності та тепловідводу, у порівнянні із прототипом, забезпечується більшою довжиною кожного з пари поршнів та їх рознесеним просторовим положенням в складі двигуна; - є можливість реверсування напрямку руху вихідного вала за допомогою комутації подачі робочого тіла, а саме подачі робочого тіла до каналу випуску, і випуску відпрацьованого робочого тіла по каналу подачі. Схема повздовжнього перерізу роторно-поршневого двигуна представлена на фігурі 1, поперечного - на фіг. 3, поздовжньо-поперечного - на фіг. 2, повздовжнього по рівню ротора - на фіг. 4. Роторно-поршневий двигун має корпус 1, що містить трикамерну структуру 2, 3, яка в свою чергу являє собою два взаємно пересічних тора прямокутного або круглого перерізу, та у якій обертаються дві пари поршнів 4, закріплених на дискових роторах 5, посаджених на вали 6, синхронізованих між собою за допомогою двох шестерень 7 одного діаметра і проміжної шестірні 8 вихідного вала, що входить у зачеплення із шестернями 7. Камера 2 являє собою робочу камеру, у якій відбувається процес дії робочого тіла на поршні 4, що призводить до їх руху в камера; 2, 3. У двох крайніх камерах 3 відбувається вільний рух поршнів 4. Поршні 4 мають вигляд сегмента кільця прямокутного або круглого перерізу. Дискові ротори 5 мають по два прорізи, виконані по дузі, симетрично, і розташовані навпроти поршнів 4 відповідно. Вали 6 знаходяться у двох центрах кіл камер 3. Шестерні 7 одного діаметра, посаджені на вали 6, не взаємодіють одна з одною, а третя шестірня 8 є проміжною між першою і другою, входить із кожною з них у зачеплення і посаджена на вихідний вал. Двигун має в своєму складі канал 9 розподілу тиску між поршнями 4, що знаходяться в робочій камері 2 на початку робочого ходу двигуна. В свою чергу, до каналу 9 через отвір 10 підходить канал подачі робочого тіла, яке подається окремими порціями в момент, коли прорізи у дискових роторах 5 будуть проходити отвір 10. Отвори 11 входу каналів випуску відпрацьованого робочого тіла знаходяться асиметрично, із протилежних сторін корпуса 1 за межами робочої камери 2. Робочий цикл двигуна представлений на фігурах 5-9. Двигун здійснює перший пасивний цикл, після якого елементи двигуна встановлюються у порядку, представленому на фіг. 5. У першому такті роботи двигуна, в початковій фіг. 5 відбувається подача робочого тіла в робочу камеру 2 в момент, коли прорізи у дискових роторах 5 проходять отвір 10 і відкривають 2 UA 70255 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 канал подачі робочого тіла. Під дією робочого тіла пара поршнів 4 зміщується і обертає дискові ротори 5, які передають обертання шестерням 7, і відповідно, на шестірню вихідного вала 8. Далі, у фіг. 6 прорізи в дискових роторах 5 перекривають канал подачі робочого тіла, а поршні 4 доходять до отворів 11 відкривання каналів випуску відпрацьованого робочого тіла. У фіг. 7-9 відбувається зміна функцій одних і тих самих конструктивних елементів: пара поршнів 4, що раніше об'єднували функції поршня і газорозподільного механізму, змінюється на протилежну їй пару 4. Також відбувається примусове очищення робочої камери від відпрацьованого робочого тіла. Заключна фаза роботи двигуна відповідає початковій фіг. 5 з заміною пари робочих поршнів 4 на протилежну пару 4. Другий такт роботи механізму відбувається згідно з описаними фазами, але з заміною пари робочих поршнів 4 на протилежну пару 4. Протягом роботи роторно-поршневого двигуна відбувається постійна зміна першого і другого тактів роботи механізму. Реверсування напрямку руху вихідного вала відбувається по наступній схемі: двигун здійснює перший пасивний цикл, після якого елементи двигуна встановлюються у порядку, представленому на фіг. 6. Робоче тіло подається по каналу випуску робочого тіла в робочу камеру 2, внаслідок чого пара поршнів 4 обертається у зворотному напрямку. Далі механізм проходить фіг. 5, 9, 8, 7 і вертається у початкову фіг. 6. Випуск відпрацьованого робочого тіла відбувається по каналу подачі робочого тіла. Таким чином, запропоноване рішення дає можливість: - отримати вдвічі більший крутний момент, у порівнянні із прототипом, при тих самих габаритах; - отримати можливість реверсування напряму руху за допомогою комутації потоку подачі робочого тіла; - досягти більшу рівномірність крутного моменту двигуна протягом одного циклу робочого ходу; - досягти рівномірності обертання вихідного вала за рахунок суто обертового руху поршнів без проміжних передач; - працювати на робочому тілі у вигляді газу або пари під тиском; - працювати з робочим тілом у вигляді рідини під тиском (при виконанні запропонованого механізму як гідродвигуна); - вдвічі збільшити робочий хід двигуна за рахунок вводу додаткових елементів газорозподілу, не збільшуючи масо-габаритних характеристик; - з мінімальною кількістю передатних ланок перетворити потенційну енергію робочого тіла в механічну роботу. При цьому поршень виконує планетарний обертовий рух під дією енергії робочого тіла. Механізм складається з декількох однотипних елементів, що дає можливість поліпшити технологічність виготовлення, підвищити ремонтопридатність і експлуатаційні характеристики. При пакетному складанні з декількох запропонованих механізмів при зсуві фаз робочого такту на кожному наступному механізмі, досягається постійність крутного моменту протягом всієї роботи двигуна (охоплюючи всі 360° обертання) і збільшення потужності роторнопоршневого двигуна. Областю застосування механізму може бути: У техніці загального машинобудування як механізм, здатний перетворювати енергію робочого тіла в обертовий рух вихідного вала безпосередньо, без використання проміжних передач. 1. Патент РФ № 2392458. 2. Патент РФ № 2364726. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Роторно-поршневий двигун, що має ротор, розташований у корпусі, поршень, закріплений на роторі, дві зубчасті шестерні однакового діаметра, закріплені на валах, поршень під дією потенційної енергії робочого тіла має можливість переміщуватись відносно нерухомого корпусу і безпосередньо передавати обертовий рух на ротор з валом без проміжних передач, та канали подачі робочого тіла, який відрізняється тим, що він містить робочу камеру у вигляді двох взаємно пересічних торів прямокутного або круглого перерізу, у якій обертаються дві пари поршнів прямокутного або круглого перерізу, закріплених на дискових роторах, посаджених на вали, які знаходяться у двох центрах кіл робочої камери, і синхронізованих між собою за допомогою третьої шестірні, причому, дві шестерні одного діаметра, закріплені на валах, не 3 UA 70255 U взаємодіють одна з одною, а третя шестірня є проміжною між першою і другою, входить із кожною з них у зачеплення і посаджена на вихідний вал, у дискових роторах є по два прорізи, виконані по дузі, симетрично, і розташовані навпроти поршнів. 4 UA 70255 U 5 UA 70255 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6