Роторная машина

 

Изобретение относится к машинам объемного типа и может быть использовано в тепловых двигателях, гидро-и пневмомашинах. С целью упрощения и повышения надежности машины в ее корпус 1 установлены соосно с возможностью углового перемещения друг относительно друга W L± 11 И .. L 7,2 2318 два ротора 2 и 3 с лопастями, которыми они взаимно вставлены друг в друга с образованием при этом камер переменного объема Выходное звено 17 установлено соосно роторам 2 и 3 и соединено с ними механизмом синхронизации вращения, включенным в виде планетарной передачи, водило 8 которой соединено с выходным звеном и с ротором 2, центральное колесо 14 - с корпусом 1, а на валу 20 сателлита 18 установлена качающаяся шайба 26 с двумя перпендикулярными этому валу 20 и противонаправленными шипами и с присоединенной к ним вилкой, жестко закрепленной на ротор 3 Ось вала 20 сателлитов 18 и 19 перпендикулярна оси роторов 2 и 3. Производительность машины определяется передаточным отношением планетарной передачи. 4 ил 7,2 2318 Ё Ч| сл Ј о v| 22 Фиг 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4820027/29 (22) 26.02.90 (46) 30.07.92. Бюл. hh 28 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт винограда и продуктов его переработки "Магарач" (72) M.M.Матюшкин (56) Патент США М 3333546, кл. 418-35, 1966, (54) POT0PHAR МАШИНА (57) Изобретение относится к машинам объемного типа и может быть использовано в тепловых двигателях, гидро- и и невмомашинах, С целью упрощения и повышения надежности машины в ее корпус 1 установлены соосно с возможностью углового перемещения друг относительно друга (я)я F 04 С 2/00, 18/00 два ротора 2 и 3 с лопастями, которыми они взаимно вставлены друг в друга с образованием при этом камер переменного объема, Выходное звено 17 установлено соосно роторам 2 и 3 и соединено с ними механизмом синхронизации вращения, включенным в виде планетарной передачи, водило 8 которой соединено с выходным звеном и с ротором 2, центральное колесо 14 — с корпусом

1, а на валу 20 сателлита 18 установлена качающаяся шайба 26 с двумя перпендикулярными этому валу 20 и противонаправленными шипами и с присоединенной к ним вилкой, жестко закрепленной на ротор 3.

Ось вала 20 сателлитов 18 и 19 перпендикулярна оси роторов 2 и 3. Производительность машины определяется передаточным Я отношением планетарной передачи. 4 ил.

12 g Tk 20 уу

1751407

Изобретение относится к машиностро- закрепленных на концентричных валах; и ению и может быть использовано в маши- механизм синхронизации, включающий нах объемного типа, в частности в планетарную передачу, водило которойсоегидронасосах, компрессорах, гидро- и пнев- динено с выходным валом, установленным модвигателях, а также в тепловых двигате- 5 соосно продольной оси машины;" при этом лях. центральное колесо соединено с корпусом, Известна роторная машина, содержа- а сателлит кинематически связан с роторащая корпус, во внутренней полости которо- ми посредством вилки, Ось сателлита паго с образованием рабочих камер раллельна оси роторов. Механизм установлены два лопастных ротора. закреп- 10 синхронизации содержит также конический, ленных на концентричных валах, и меха- дифференциальный механизм с двумя эернизм сийхрониэации, посредством кально расположенными коническими шескоторого выходной вал соединен с ротора- тернями, каждая из которых закреплена на ми, Механизм синхронизации-выполнен в валу одного из роторов, и находящимися с виде концентрично расположенных внут- 15 ними в зацеплении двумя сателлитами, ось реннего и наружного универсальных шар- которых расположена перпендикулярно оси ниров, каждый из которых соединяет один роторов и соединена с водилом. Сателлит из роторов с выходным валом, установлен- планетарной передачи связан с сателлитом ным под углом к общей оси вращения рото- дифференциального механизма посредстров и соединенным с приводным 20. вом тяги с двумя вилками, одна из которых двигателем. Вилки универсалъйых шарни- присоединена к кривошипу сателлита пларов, установленные на выходномвалу име- нетарной передачи; а другая — к оси, устают взаимно перпендикулярные и новленной в сателлите дифференциального расположенные в одной поперечной пло- механизма радиально и с возможностью скости оси ушек. 25 вращения.

В такой машине объем камер, заклю- В такой роторной машине приводной ченныхмежду лопастями роторов, втечение двигатель располагается соосно роторам, а каждого оборота выходного вала изменяет- количество тактов сжатия и расширения зася в результате неравномерного вращения висит от передаточного числа планетарного роторов, совершающих.за этот период два 30 механизма — чем больше передаточное чисполныхколебаниявпротивофазедругкдру- ло, тем больше количество тактов и тем гу. Амплитуда этих колебаний, а следова- больше производительность при одной и тельно, и степень сжатия эаключенных той же частоте вращения приводногодвигамежду лопастями камер, то есть"отйошение. теля. максимального обьема камер к минималь- 35 Недостатком такой роторной машины ному, и производительность машины опре- является низкая надежность из-за конструкделяются величиной угла отклонения оси тивной сложности механизма синхронизавыходного вала от общей оси роторов — чем ции вращения роторов, содержащего больше этот угол, тем больше амплитуда, планетарную передачу, дифференциальный степень сжатия и производительность. Про- 40 механизм и многозвенный соединительный изводительность такой машины может быть механизм их сателлитов. увеличена также за счет увеличения частоты Цель изобретения — повышение надежвращения выходного вала. Оба указанных ности роторной машины, Использование способа повышения призводительности изобретения упростит конструкцию машиснижают надежность машины как иэ-за 45 ны, снизит ее массу и уменьшит ее габариты больших нагрузок в соединеййях универ-: в осевом направлении, сальных шарниров, так и в результате повы- Цель достйгается тем, что кинематичешения динамических нагрузок, ская связь сателлита с роторами машины возникающих при неравномерйом враще- выполнена в виде качающейся шайбы и ниисбольшойчастотойобоихроторов. Кро- 50 втулки, установленных на валу сателлита, ме тото, такая роторная машина имеет перпендикулярном продольной оси машибольшие габаритные размеры из-за необхо- ны и служащем ведущим валом шайбы, кодимости расположения ее приводного дви- торая снабжена диаметрально гателя под углом к продольной оси самой противоположными шипами, шарнирно сомашины. 55 единенными с вилкой. Вилка связана с одНаиболее близкой по технической сущ- ним из роторов, а водило планетарной ности к заявляемой является роторная ма- передачи соединено с вторым ротором. шина, содержащая корпус, во внутренней На фиг.1 изображена роторная машина, полости которого с образованием рабочих общий вид; на фиг,2 — то же, вид сверху; на камер установлены два лопастных ротора, фиг,З вЂ” разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 — зави1751407 симость угла поворота роторов машины от . цилиндрической втулке 30, установленной угла поворота ее ведущего вала и кинемати- на шлицах вала 20 и отделенной от подшипческая схема механизма синхронизации ников 21дистанционными втулками 31. Ось вращения роторов. шлифованного отверстия втулки 30 наклонеРоторная машина состоит из двух бло- 5 на к оси ее наружной цилиндрической поков: роторного блока и механизма синхро- верхности под углом д о, Оси ведущего низации вращения роторов. вала 20 МКГ, ведомого вала 6, вилки 29 и

В отделении роторного блока корпуса 1 цилиндрической поверхности втулки 30 пеустановлены соосно с возможностью угло- ресекаются в одной точке. вого перемещения друг относительно друга 10 Роторная машина работает следующим два ротора наружный 2 и внутренний 3; каж- образом. дый с четырьмя радиальными лопастями со- В варианте насоса при вращении выответственно 4 и 5, которыми они взаимно ходного вала 17 от приводного двигателя вставлены друг в друга с образованием при равномерно вращаются водило 8 с хвостоэтом камерпеременногообъемамеждукаж- 15 виком 7, внутренний ротор 3 и вал 20 с дой парой соседних лопастей. Наружный сателлитами18и19. Стойже частотой враротор 2 установлен на валу 6, а внутренний щаются вокруг оси роторов качающаяся ротор 3 — на хвостовике 7 водила 8, шайба 26, вилка 29, вал 6 и наружный ротор

На задней торцовой стенке корпуса 1 2, закреплен коллектор 9 впускной и выпуск- 20 Одновременно сателлит 18, обкатываной магистралей машины, снабженных от- ясь по центральному колесу 14, вращает вал секами, установленными напротив 20 и втулку 30, которая качает при этом соответствующих впускной и выпускной, шайбу 26 вокруг оси ее шипов 27 и вокруг прорезей 10 в торцовой стенке. В наружном оси вала 6. Шипы 27 качают вилку 29, а с ней роторе 2 напротив этих прорезей имеются 25 и наружный ротор 2 с частотой вращения отверстия 11, соединяющие камеры пере- вала 20 вокруг его оси, зависящей от переменного объема через прорези с соответст- даточного отношения конической зубчатой вующими, впускным и выпускным, отсеками пары колесо 14 — сателлит 18, В результате коллектора 9.. этого вал 6 и ротор 2 совершают едновреВ съемном отделении 12 механизма 30 менно: в переносномдвижении — вращение синхронизации корпуса 1 размещены пла- с частотой вращения приводного двигателя, нетарный механизм, содержащий закреп- а в относительном движении — колебание ленное на съемном диске 13 корпуса вокругоси роторов счастотой вращения вацентральное коническое колесо 14, водило ла 20 и амплитудой, равной 2 д о (удвоенно8, установленное свободно на валу 6 и в 35 му углу между осями вала 20 и наружной подшипниках 15 и 16 корпуса и выполнен- поверхности втулки 30). ное за одно целое с выходным валом 17, а При таком взаимном движении наружтакже два сателлита 18 и 19, установленные ного 2 и внутреннего 3 роторов объем камер, на валу 20, ось которого перпендикулярна заключенных между каждой парой соседних оси роторов и пересекается с нею. Вал 20 40 лопастей 4 и 5; меняется с частотой колебаустановлен в двух подшипниках 21 водила, ния вала 6 от минимального значения до сателлит 18 установлен на шлицах вала 20 и максимального на величину, соответствуюявляется ведущим, а второй сателлит 19 ус- щую центральному углу 2 д О . тановлен на валу 20 посредством подшип- Взаимосвязь между углом p z поворота ника 22 и слУжит длЯ обеспечениЯ 45 ротора 2 и углом рповорота ведущего вала симметРичности нагРУзок на вал. Подшип- 17 описывается выражением ники 21, 22 и сателлиты 18 и 19 зафиксиро- = +а-ст9 то д з п о (1) ваны от осевого перемещениЯ стопорными где д p — угол между осью качающейся шайкольцами 23, а между подшипниками 21 и бы и осью вала 20 сателлита;

22 установлена распорнэя втулка 24, меха- 50 — передаточное отношение пары центнизм качающейсЯ шайбы (МКШ), содержа- ральное колесо 14 — сателлйт18(! ="Ук/Zp). щий ведущий вал 20, который является Иэ этого выражения, которомусоответвалом сателлита 18, установленную на двух ствует график, приведенный н фиг.4, следуподшипниках 25 качающУюсЯ шайбу 26, ет, что ротор 2 может иметь любую частоту снабженную двумя диаметрально располо- 55 колебаний в течение одного оборота ведуженными цилиндрическими шипами 27, с щего вала 17, причем достигается это измекоторыми шаРниРно посРедством игольча- нением передаточного отношения тых подшипников 28 соединена вилка 29, центральное колесо 14 — сателлит 18 (либо установленная на шпицах ведомого вала 6 заменой этой пары на дру ую с ребуемым

МКШ . Подшипники 25 смонтированы на

1751407

40

55 чи и др. передаточным отношением, либо — в случае фрикционной или другой регулируемой пары — общеизвестными регулировочными устройствами), На фиг.4 приведена зависимость между углами поворота: а/ р- ведущего вала роторной машины (вала 17 на фиг 1 и 2); б/ pм — четырехлопастного ротора cd, вращающегося со скоростью ведущего вала (ротора 3 на фиг.1-3) уо =уз =p в/ ф sb — четырехлопастного ротора ab, вращающегося неравномерно, с колебанием (ротора 2 на фиг,1 — 3) р ь =pг =р+агссд щ дp sttl t p

Положение роторов аЬ и cd (для случая

i=1). соответствующие повороту ротора cd через каждые 45о, показано на фиг.4 слева (стрелкой показано начало отсчета углов р у аь Hpcd)

Вверху на фиг,4 (внутри графика) показана кинематическая схема механизма синхронизации роторной машины. на которой буквами ab u cd обозначены выходные концы валов для присоединения соответствующих роторов.

На графике фиг.4 угол р ь охарактеризован кривыми изменения угла поворота только одной лопасти Ь ротора ab (для остальных трех лопастей этого ротора кривые имеют такой же характер. но смещены нэ углы 90о, 180 и 270 ). Показаны также зависимости углов поворота для ротора cd и его лопастей с и d (лопасти с и d показаны для случая, когда в момент окончания такта сжатия онй контактируют с лопастью b, то есть в эти моменты объем камер сжатия равен нулю). Из приведенных зависимостей видно, что частота колебаний угла поворота ф аь (лопасть b) равна передаточному числу

i (см. кривые для лопасти Ь при д о = t5 ; t =

2; i = 3 и 1 = 4), а амплитуда этих колебаний зависит от угла д о (см. кривые для лопасти

Ь при1=4, до= 15 и до =30 ).

В период сближения лопастей (такт сжатия) отверстия 11 соответствующих камер совмещаются с прорезями 10 торцовой крышки корпуса, которые соединены с выпускным отсеком коллектора 9, — идет процесс нагнетания жидкости. В соседних камерах в это же время происходит такт всасывания, их отверстия 11 совмещаются с прорезями 10, соединенными с впускными отсеками коллектора 9, — идет процесс впуска жидкости. Количество нагнетаемой жидкости (производительность насоса) прямо пропорционально количеству тактов сжатия, а следовательно, передаточному отношению планетарной передачи, В варианте двигателя внутреннего сгорания роторнэя машина содержит источник электроимпульсов высокого напряжения и свечи зажигания, установленные на торцовой стенке корпуса 1 в точках, соответствующих максимальному сжатию рабочего тела в камерах переменного объема.Подшипник наружного ротора 2, уста: новленный в задней торцовой стенке корпуса, и подшипник 15 водила заменяются с механизмами свободного хода, предотвращающими вращение роторов в обратном направлении,.

Рабочее тело подается в камеру через коллектор 9, прорези 10 и отверстия 11, сжимается при вращении выходного вала 17 (при запуске от стартера, а во время работы — по инерции и под давлением расширяющихся газов в смежных камерах) и после воспламенения от свечи зажигания толкает лопасти соответствующего ротора в направлении вращения. При этом второй ротор удерживается от обратного вращения соответствующим механизмом свободного хода.

Затем происходит сжатие рабочего тела, последующее воспламенение и расширение газов в соседних камерах, Крутящий момент передается при этом от каждого ротора водилу 8 и далее входному валу 17.

В варианте гидро- или пневмодвигателя рабочий процесс осуществляют так же, как и в варианте насоса, но в обратном порядке — рабочее тело под давлением подается в камеры в момент максимального сближения лопастей (то есть при минимальном объеме камеры), а при расширении этих камер передается крутящий момент через водило 8 выходному валу 17 и одновременно из соседних камер выдавливается рабочее тело в коллектор 9. При этом один из роторов удерживается механизмом свободного хода от обратного вращения, Помимо перечисленных вариантов, в рамках данного изобретения возможны варианты выполнения отдельных элементов заявляемой машины, например выполнение планетарной передачи в виде фрикционной передачи, выполнение роторов в виде тороидальной оболочки с лопастями. выполнение корпуса в виде одной из поверхностей вращения (гиперболоида, торэ, конуса и т.п.), размещение коллектора и впускных и выпускных прорезей на цилиндрической поверхности корпуса, выполнение выходного звена в виде присоединенного к водилу зубчатого колеса или шкива ременной переда1751407

Формула изобретения

Роторная машина содержащая корпус, во внутренней полости которого с образованием рабочих камер установлены два лопастных ротора, закрепленных на концентрических валах; и механизм синхронизации, включающий планетарную передачу, водило которой соединено с выходным валом, устайовлейным соосно продольной оси машины, при этом центральное колесо соединено с корпусом, а сателлит кинематически соединен c ðîòîðàìè кинематической связьюс вилкой, о тл ич а ю ща я с ятем, что, с целью повышения. надежности, кинематическая связь сателлита выполнена в виде кача ющейся шайбы и втулки, 5 установленных на валу сателлита, перпендикулярном продольной осй машины и слу.жащем ведущим валом шайбы, которая снабжена диаметральйо противоположными шипами, шарнирно соединенными с вил10 кой, а последняя связана с одним из роторов, при этом водйло планетарной передачи соединено с вторйм ротором.

1751407

36 360

Составитель M,Матюшкин

Редактор Т.Лошкарева Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М.Ткач

Заказ 2675 Тираж Подписное

ВНИИРИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101