Роторно-лопатевий опозитний двигун з роторними важелями

1. Роторно-лопатевий опозитний двигун з роторними важелями, що містить робочий об'єм, який оснащений зовні циліндричним корпусом циліндра (1) та торцевими кришками корпусу циліндра (16, 17), з внутрішньої сторони обмежується порожнистим ротором (3), всередині робочий об'єм поділено лопатями на міжлопатеві робочі камери, лопаті (2) обертаються співвісно відносно внутрішньої поверхні корпусу циліндра (1), вісь обертання лопатей (5) знаходиться в центрі кола корпусу циліндра, двигун має впускне (6) і випускне (7) вікна, який відрізняється тим, що ротор двигуна складається з двох частин, ротора провідного секційного (3), вісь якого знаходиться в центрі кола внутрішньої поверхні корпусу циліндра, та веденого ротора (10), встановленого ексцентрично по відношенню до провідного секційного ротора (3) за межами корпусу циліндра (1), які об'єднані важелями (4) провідного ротора. U 2 (19) 1 3 кне вікна (патент на винахід Російскої Федерації №2271452 С2 автор Бобров А.В. 25.10.2001p.). Недоліками цього двигуна є нездатність до достатньо глибокого розширення робочого тіла в робочій камері, як наслідок, недостатньо ефективне перетворення теплової енергії робочого тіла в механічну, тому і недостатньо високий к.к.д., ненадійність цапф лопатей, які сприймають великі інерційні навантаження при роботі двигуна, роблять ненадійним і увесь двигун. Відсутність механізму зменшення тертя при ковзанні лопатей в пазах ротора, який би діяв вздовж усього паза, поряд з відсутністю герметичності у робочій камері, яка впливає на кількісну характеристику протічок робочого тіла між лопатями і корпусом та лопатями і торцевими кришками, приводить до великих необгрунтованих енергетичних втрат, а також відсутність ефективного охолодження та змащення внутрішньої частини двигуна приводить до достатньо великих втрат в процесі роботи двигуна і зниження к.к.д. Ці недоліки здебільшого долаються при застосуванні роторно-лопатевого опозитного двигуна з роторними важелями, котрий має конструкцію, що пропонується далі. Задача, яка стоїть в основі корисної моделі, це створення універсального двигуна з глибоким розширенням робочого тіла, низькими механічними втратами і суттєвим збільшенням к.к.д., у якому глибоке розширення з отриманням механічної роботи можливе при розширенні робочого тіла з низькими енергетичними властивостями (низький тиск, низька температура і т. д.). Технічним результатом рішення технічної задачі є створення двигуна, що вміщує циліндричний корпус циліндра, торцеві кришки корпусу, секційний провідний ротор та встановлений ексцентрично до нього за межами корпусу циліндра, ведений ротор, в середині робочий об'єм поділено лопатями на міжлопатеві робочі камери, ущільнені компресійними ущільненнями, в якому для отримання більшої корисної роботи застосовуються конструктивні, технічні рішення в кількох напрямках, поперше це збільшення початкового об'єму робочої камери, тобто двигун разом з більшим початковим об'ємом робочого тіла більше отримує енергії на початку процесу розширення, отже більшою буде робота, здійснювана двигуном, особливо це необхідно при низьких енергетичних властивостях робочого тіла. Другий напрямок це збільшення площі лопатей для збільшення сумарної сили тиску на лопаті, це стає можливим завдяки секційній конструкції провідного ротора, він складається з секцій, які мають кільце секції, сектор секції, втулки осьового підшипника, кронштейна кріплення лопатей, секції з'єднуються в об'єднаний вузол віссю через напресовані підшипники, які знаходяться у втулках осьових підшипників секцій, цей вузол є провідним секційним ротором, до якого кріпляться лопаті великої площі сприймання тиску, причому площа лопатей є незмінною, вони мають можливість обертатись соосно по відношенню до внутрішньої поверхні корпусу циліндра, отже пропорційно збільшенню площі лопатей збільшується і сила крутного моменту секційного провідного ротора. 54631 4 Третій напрямок це подальше збільшення сили від тиску, яку сприйняла лопать, завдяки застосуванню в конструкції двигуна ротора, що складається з двох частин, провідного секційного ротора та веденого ротора, які об'єднані роторними важелями, і їх вісі зміщені паралельно одна до одної, при цьому ведений ротор встановлено ексцентрично по відношенню до провідного ротора за межами корпусу циліндра, а вісь провідного секційного ротора встановлено в центрі кола внутрішньої поверхні корпусу циліндра. Завдяки такому технічному рішенню маємо, як наслідок, можливість лопатів окрім кругового обертання в середині корпусу циліндра здійснювати одночасно і періодичні рухи щодо одна одної зі зміною міжлопатевого кута, збільшуючи або зменшуючи цим робочий об'єм камери, і завдяки цьому здійснювати корисну роботу при обертанні ротора. Збільшення сили тиску, яку сприйняла лопать, здійснюється при передачі цієї сили веденому ротору за допомогою важелей провідного ротора зі змінним плечем передачі зусиль, і цим значно збільшує силу крутного моменту веденого ротора. Механізм, що складається з лопатей, провідного секційного ротора, важелей провідного ротора, веденого ротора з передавальними вилками дає змогу роботу, здійснювану лопатями при розширенні зі зміною міжлопатевого кута, або інакше при русі одна від одної, ефективно перетворювати в роботу крутного моменту веденого ротора двигуна, при цьому чим більше зменшується тиск при розширенні робочого тіла, тим більше збільшується сила, яка передається веденому ротору важелями провідного ротора. Завдяки такому механізму є можливість глибокого розширення низькоенергетичних робочих тіл, і можливість перетворити в роботу крутного моменту невеликі сили тиску, які отримуються при розширенні таких робочих тіл. Сутність корисної моделі графічно пояснюють креслення. На фіг.1 зображено поперечний розріз двигуна по A-A. На фіг.2 поперечний розріз по Б-Б з зображенням роторних важелів, які знаходяться в зачепленні з передавальними роликовими вилками веденого ротора. На фіг.3 поздовжній розріз двигуна по B-B. На фіг.4, 5 схематично показана робота двигуна . На фіг.6 зображено стереографічне взаємне положення лопаті, двох секцій об'єднаних важелем провідного ротора і віссю обертання лопатей, а також ведений ротор в зачепленні через роликову вилку з важелем провідного ротора. Роторно-лопатевий опозитний двигун з роторними важелями вміщує - корпус циліндра 1, лопаті 2, секційний провідний ротор 3, важелі провідного ротора 4, вісь обертання лопатей 5, впускне вікно 6, випускні вікна 7, компресійні ущільнення лопатей 8, кронштейни кріплення лопатей 9, ведений ротор 10, передавальні роликові вилки 11, міжсекційні підшипники ротора 12, осьові підшипники секцій ротора 13, міжсекційні компресійні ущільнення 14, секції провідного ротора 15, верхню кришку двигуна 16, передню торцеву кришку кор 5 пусу циліндра 17, задню торцеву кришку корпусу циліндра 18, бісектрису міжлопатевого кута 19, вісь веденого ротора 20, кільця секцій ротора 21, сектора секцій ротора 22, втулки осьового підшипника секції ротора 23, патрубки системи охолодження та змащування двигуна 24. Роторно-лопатевий опозитний двигун з роторними важелями, зображений на фіг.1, 2, 3, 4, 5, 6 це робочий об'єм, обмежений із зовнішнього боку циліндричним корпусом циліндра 1, передньою 17 і задньою 18 торцевими кришками корпусу циліндра, та внутрішня сторона об'єму, обмежена провідним ротором 3, який складений із секцій 15. Секції складаються з кільця 21, кронштейна кріплення лопатей 9, сектора секцій 22, втулки осьового підшипника секції 23. Кронштейн 9 передбачений для кріплення лопаті 2 до кільця 21 секції 15, яке сприймає навантаження від лопаті і передає їх сектору 22, через порожнину в секторі 22 проходить і в ній кріпиться важіль провідного секційного ротора 4, сектор переходить у втулку 23 осьового підшипника секції 13. Кільця секцій з двох сторін притискаються і через підшипники 12 здавлюються між собою кришками 17 і 18 корпусу циліндра, щілини між кільцями секцій герметизуються компресійними ущільненнями 14. Роторні секції 15 з'єднуються в загальний вузол віссю 5, на яку напресовані втулки 23 з осьовими підшипниками 13, цей вузол є провідним секційним ротором 3 двигуна. Важіль 4 провідного ротора поєднує дві секції 15, до яких кріпиться лопать 2 Фіг.6, важіль зігнутий під кутом 90° і однією частиною сполучений через сектори з двома секціями 15, іншою частиною передає робочі зусилля від лопатей 2 через передавальну роликову вилку 11 веденому ротору 10 Фіг.2. Положення важеля 4 відповідає положенню лопаті щодо корпусу циліндра і визначається положенням передавальної вилки веденого ротора, по-іншому, ведений ротор управляє положенням лопатей і сприймає робочі зусилля від них. Робочий об'єм поділений вісьмома лопатями на міжлопатеві об'єми робочих камер, камера обмежена двома сусідніми лопатями передньою і задньою (по ходу обертання лопатей). Кожна з восьми лопатей сполучена через роторні секції з важелем (для прикладу розглядаємо восьмилопатевий роторний опозитний двигун), тому вісім роторних важелів 4 знаходяться в зачепленні через передавальні роликові вилки ротора 11 з веденим ротором 10, встановленого ексцентрично по відношенню до провідного ротора за межами корпусу циліндра. Вісь веденого ротора 20 через підшипник кріпиться в верхній кришці 16 двигуна і зміщена паралельно по відношенню до осі провідного ротора 3 і центру обертання лопатей 5 на відстань R Фіг.3, а це означає, що при круговому обертанні лопатей у середині корпусу циліндра відбувається періодична зміна міжлопатевого кута, а також періодично змінюється і міжлопатевий об'єм робочих камер. І навпаки, зміна міжлопатевого кута і об'єма в робочих камерах приводить до обертання веденого ротора. Зміна відстані R між осями веденого ротора 10 і провідного ротора 3 приводить до зміни величини мінімального і максимального періодично змінюваного міжлопатевого кута і об'єма, це 54631 6 означає, що змінюючи відстань R, можливе керування робочими параметрами під час роботи двигуна, а саме, величиною початкового мінімального робочого об'єма, заповненого робочим тілом і об'ємом остаточного робочого розширення. Фактично в двигуні використовується механізм в конструкції провідного 3 і веденого 10 роторів, що дає можливість роботу, здійснювану лопатями 2 при розширенні робочої камери, тобто русі лопатей одна від одної, або інакше опозитного руху, перетворювати в роботу крутного моменту веденого 10 ротора двигуна. Двигун має об'єднану систему охолодження і змащення, через патрубки 24 продувається повітря для охолодження з аерозольними змащувальними речовинами для змащення тертьових поверхонь у двигуні. Двигун працює таким чином (схематично робота двигуна показана на Фіг.4, 5): точку, в якій найменша відстань між колом веденого ротора 10 і колом корпусу циліндра 1, беремо за початок відліку робочих процесів в двигуні і початок кутового обертання лопатей 2, позначимо цю точку 0°. Ця точка знаходиться на перетинанні кола внутрішньої поверхні корпусу циліндра і лінії, проведеній через центр вісі обертання лопатей 5 і центр вісі 20 веденого ротора 10. На діаметрально протилежній стороні на щи лінії знаходиться точка 180°, точка збіг лопаті з якою означає, що лопать 2 зробила півобороту навколо вісі 5. Також ці дві точки характеризують об'єм робочої камери і кут між двома сусідніми лопатями. У момент збігу бісектриси 19 міжлопатевого кута з точкою 0° між цими лопатями утворюється мінімальний кут, як слідство, і мінімальний об'єм робочої камери, співпадання точки 180° і бісектриси 19 говорить про те, що міжлопатевий кут і об'єм досягли найбільшої величини . Процеси, які відбуваються при роботі двигуна розглядатимемо на прикладі одного міжлопатевого робочого об'єма, обмеженого передньою та задньою лопатями. Початок роботи двигуна відбувається в момент, коли бісектриса 19 кута між передньою і задньою лопатями знаходиться в точці 0°. При обертанні (по годинниковій стрілці) лопатей передня лопать даного робочого об'єма проходить точку А Фіг.4 (точка А знаходиться на лінії, що обмежує початок впускного вікна 6) і відкриває доступ через впускне вікно 6 до робочого міжлопатевого об'єму, через впускне вікно 6 відбувається заповнення робочим тілом міжлопатевого об'єма. Робочим тілом можуть бути нагріті гази, суміш газів для подальшого окислення в процесі розширення, пари різних речовин з надмірним тиском або вихлопні гази при роботі двигуна внутрішнього згоряння і т.д. Процес заповнення робочої камери закінчується в момент, коли задня лопать проходить точку В (точка В знаходиться на лінії, що обмежує закінчення впускного вікна 6), і перекривається доступ до робочої камери через впускне вікно 6, з цієї миті починається процес розширення і здійснення роботи двигуном. При розширенні за рахунок тиску робочого тіла, що тисне на лопаті, здійснюється збільшення міжлопатевого кута і міжлопатевого об'єма, що приводить до обертання веденого ротора 10. Завершується розширення в даному об'ємі робочої камери у момент проходження передньою лопат 7 тю точки C ( точка C знаходиться на лінії, що обмежує початок випускних вікон 7) - точки відкриття вихлопного вікна 7, у цей момент відбувається вихлоп, скидання залишкового тиску і подальше очищення робочого об'єма. Очищенню сприяє відцентрова сила при обертанні лопатей і процес стискання міжлопатевого об'єма, який починається після того, як бісектриса 19 цього міжлопатевого кута, пройшла точку 180°, точку найбільшого розширення міжлопатевого об'єма Фіг.5. Далі, симетрично процесу розширення, відбувається процес стискання міжлопатевої робочої камери і викид відпрацьованого робочого тіла через численні вікна вихлопу 7, що розташовані на всій ділянці від точки C до точки Е. Повний цикл роботи двигуна закінчується після проходження задньою лопаттю точки E (точка E знаходиться на лінії, що обмежує закінчення випускних вікон 7), яка означає закриття вікна вихлопу 7 і проходження бісектриси 19 точки 0°, в свою чергу це показує, що цей міжлопатевий робочий об'єм, обмежений передньою і задньою лопатями, зробив повний оберт і стискування цього об'єма завершилося, об'єм мінімальний. В подальшому процес періодично повторюється послідовно у всіх міжлопатевих робочих камерах, що приводить до безперервної роботи двигуна. Ефективності більш повного перевтілення теплової і потенційної енергії робочого тіла в енергію обертання веденого ротора 10 сприяє те, що роторні важелі 4, які передають дії тиску робочого 54631 8 тіла на лопаті 2 через роликову вилку 11 веденому ротору 10 є важелями зі змінним плечем передачі зусиль, а точка опори важеля є центром осі обертання лопатей 5. В результаті такого конструктивного рішення, передавані зусилля від лопаті 2 через важіль 4, роликову вилку 11, веденому ротору 10 збільшуються пропорційно відношенню плеча Z від точки прикладання сумарного вектора Fл сил тиску на лопать до точки опори важеля, тобто центру обертання лопатей 5 і плеча N від точки опори важеля в центрі осі обертання лопатей 5 до точки передачі зусиль від ричага 4 до веденого ротора 10 Фіг 4. У зв'язку з цим при природному падінні тиску робочого тіла, яке відбувається при збільшенні робочого міжлопатевого об'єма в процесі розширення, також зменшується сила F л , що тисне на лопаті, проте одночасно діє механізм збільшення плеча Z і зменшення плеча N, що приводить до значного збільшення відношення Z/N і в результаті відбувається значне збільшення сили при передачі зусиль важелем 4 секційного провідного ротора 3 ротору веденому 10. Як слідство дій цього механізму отримуємо високі значення FМ крутного моменту веденого ротора при більш глибокому розширенні робочого тіла в робочій камері і в результаті набуває високих значень коефіцієнт корисної дії роторно-лопатевого опозитного двигуна з роторними важелями. 9 54631 10 11 54631 12 13 54631 14 15 54631 16 17 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 54631 Підписне 18 Тираж 26 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