RU10217U1 - Роторный аксиальный двигатель - Google Patents

Abstract

Роторный аксиальный двигатель, включающий корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направляющие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конфигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении, проходящем через ось ротора, форму по форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного его оси, при этом лопатки снабжены уплотнительными элементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздуха в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направляющей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде.

Description

РОТОРНЫЙ АКСИАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно, к роторным двигателям.

Известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля А.Ф. Крайнев.Словарь-справочник по механизмам.-М..-Машиностроение, 1987 г., стр.40 . В двигателе трехгранный ротор размещен внутри цилиндрического корпуса, профиль которого выполнен по эпитрохоиде. Ротор установлен так, что он может вращаться на зксценртиковом валу и жестко соединен с зубчатым колесом, которое взаимодействует с неподвижным зубчатым колесом. Ротор с зубчатым колесом обкатывается по неподвижному колесу так, что его грани скользят по внутренней поверхности корпуса, отсекая переменные объемы камер внутреннего канала. При зтом канал для прохождения рабочего тела образован между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью ротора. Корпус снабжен окнами для подачи топливной смеси и выхода отработавших газов, а также соединенной с каналом камерой с установленной в ней свечой зажигания. Двигатель не имеет массивных деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, благодаря чему повышается плавность хода, уменьшается уровень шума и вибрации при работе. Однако конструкция имеет недостатки, связанные с наличием зубчатых колес и эксцентрикового вала, что снижает надежность его работы.

МКИ FOIC 1/344

В качестве прототипа выбран роторный аксиальный двигатель Заявка РСТ 94/04794, МКИ F01C 1/344, опубл.03.03.94. Двигатель имеет корпус, внутри которого на оси вращения закреплен дисковый ротор с установленными в его прорезях лопатками. Корпус состоит из двух соединенных между собой массивных крьшек. В кольцевой выемке каждой крышки со стороны ротора установлена съемная вставка, формирующая конфигурацию канала для прохождения рабочего тела, таким образом, можно считать, что каждая крышка выполнена составной. Этот прием использован в прототипе для по повышения технологичности изготовления массивной крышки с каналом заданной конфигурации, которая диктуется формой лопатки и законом ее осевого возвратно-поступательного перемещения. В прототипе используется лопатки в форме прямоугольных пластин, короткие стороны которых, обращенные к крыжам, имеют радиусное закругление. Соответствующую форму в поперечном сечении имеет кольцевой канал для прохождения рабочего тела, который разделен диском ротора на две равные по объему части. В направлении вдоль оси ротора канал волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного оси ротора. Волна в развертке на плоскости имеет форму трапеции. Крышки снабжены окнами для подачи воздуха и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с каналом, в которой установлена топливная форсунка. Прототип, в

отличие от приведенного выше аналога, имеет аксиальное расположение дискового ротора и полностью уравновешен, а потому более надежен в эксплуатации. Однако при работе двигателя лопатки испытывают значительные пиковые нагрузки, вследствие ступенчатых изгибов канала. Кроме того, сложная система неподвижных уплотнений на лопатке приводит к их неравномерному износу в процессе работы. Уплотнения, находяшиеся на закруглениях лопатки изнашиваются сушественно быстрее, чем на прямых поверхностях, что приводит к потере герметичности рабочих камер, а следовательно к падению мошности или даже к поломке двигателя.

В основу полезной модели поставлена задача повышения надежности работы конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в роторном аксиальном двигателе, воючащем корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направлящие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конФигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении.

проходящем через ось ротора форму по Форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендирулярного его оси, при зтом лопатки снабжены уплотнительными злементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздука в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а такж камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, согласно полезной модели каждая лопатка имеет Форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направлящей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде.

Полезная модель иллюстрируется фигурами чертежей:

-Фиг. 1 - изометрия общего вида двигателя,

-Фиг.2 - изометрия лопатки с уплотнительными злементами.

-Фиг.З - сечении А-А Фиг. 1 С по разъему крыщки и ротора),

-Фиг.4 - диаграмма рабочего процесса двигателя с развертка на плоскости кольцевого сечения В-В по средней линии канала)

Двигатель включает верхнюю крышку 1 и нижнюю крьпяку 2, соединенные болтами 3 через проставку 4. Ротор 5 закреплен на оси 6 с обеспечением возможности вращения на подшипниках 7. В направляющих прорезях ротора 5 на его периферийной части свободно установлены лопатки 8, имеющие форму уплощенного цилиндра. Крыжи 1,2 со стороны, обращенной к ротору 5 имеют кольцевые выемки 9, которые выполнены таким образом, что при сборе крышек в единую конструкцию образуется кольцевой канал

10для прохождения рабочего тела, разделенный ротором 5. Кольцевой канал 10 имеет в сечении, проходящем через ось 6 форму окружности с диаметром, соответствующим диаметру лопатки. Кольцевой канал 10 волнообразно изгибается по синусоиде

11симметрично относительно среднего сечения ротора 5, перпендикулярного оси 6. В крыщках 1, 2 имеются окна 12 для впуска воздуха и окна 13 для выпуска отработанных газов. В теле каждой крышки имеются соединенные с каналом 10 камеры 14, в которых размещены топливные форсунки 15, а при необходимости калоризаторы Сна Фигурах не показаны).

Лопатка 8 имеет на боковой поверхности два тангенциальных паза 16, расположенные диамертально противоположно. Уплотнительные элементы - кольца 17, могут быть свободно установлены в пазах, выполненных на боковой поверхности дисковых участков лопаток 8.

Канал 10 делится ротором на две части, каждую из которых

условно можно разделить на зоны: 18- зона впуска воздука, 19зона сжатия, 20 - зона рабочего кода. 21 - зона выпуска отработанным газов. При зтом каждая рабочая зона верхней части канала сдвинута по отношению к аналогичной рабочей зоне нижней части канала на определенный угол. В случае, если синусоида канала имеет 2 периода, как показано на Фиг.4, то угол сдвига составляет 90-. В двигателях с большей мощностью, а следовательно с большим диаметром ротора, целесообразно увеличивать количество периодов изгибов канала. В таком случае угол сдвига будет составлять меньшую величину.

Двигатель работает следуодим образом.

В начальный момент пусковой механизм приводит во вращение ротор 5 и лопатки 8 начинают перемещаться по каналу 10. При зтом в объем между соседними лопатками 8, находящимися в зоне 18 всасывается или нагнетается воздух через окно 12. Затем после прохождения окна обеими лопатками объем между ними уменьщается и происходит сжатие воздуха (зона 19D. в зоне 20 рабочего хода из камеры 14 через форсунку 15 в сжатый воздух подается топливо, которое самовоспламеняется при высокой степени сжатия, либо поджигается при помощи калоризатора. Давление расширяющихся газов воздействует на лопатки 8 и вращают ротор 5. Отработанные газы выходят через окна 13 в зоне 21. в дальнейшем горение поддерживается непрерывной подачей топлива через Форсунку 15.

При работе двигателя лопатки 8 совершают сложное движение: возвратно-поступательное в прорезях ротора 5 и поступательное движение в кольцевом канале 10. Уплотнение рабочих камер между лопатками осуществляется кольцами 17. Ввиду того, что кольца установлены в пазах на лопатках свободно, они при движении лопаток проскальзьвают по пазу, постоянно меняя свое положение, и следовательно изнашиваются равномерно. Синусоидальная форма канала Ю обеспечивает плавность хода лопаток, что снижает их износ по сравнению с прототипом и повышает надежность работы.

Заявляемый двигатель может работать по описанному циоу на любом жидком углеводородном топливе без изменения конструкции.

В особых случаях, когда для достижения большой мощности двигателя диаметр лопатки существенно увеличивают, он может приближаться к критической величине. Чтобы зтого избежать в крышках выполняют несколько концентрических каналов, а в роторе - несколько концентрических рядов прорезей с соответственным количеством установленных в них лопаток меньшего диаметра.

Полезная модель найдет промышленное применение в автомобилестроении, в авиастроении и может быть использована в переносных энергоустановках.

Claims (1)

1. Роторный аксиальный двигатель, включающий корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направляющие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конфигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении, проходящем через ось ротора, форму по форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного его оси, при этом лопатки снабжены уплотнительными элементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздуха в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направляющей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде.