Двигатель-насос

 

Использование: изобретение относится к машиностроению, а именно, к керамическим роторным машинам с качающимися рабочими органами, и позволяет увеличить ресурс их работы. Сущность изобретения: двигатель-насос содержит керамический цилиндр (7) с двумя внутренними симметричными выступами (8) и органами 17 перекрытия . Внутри цилиндра (7) соосно установлен керамический поршень (18), прилегающий своей ступицей к выступам

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю F 01 С 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с;з

1 (21) 4865543/06 (22) 20,06.90 (46) 15.10.92. Бюл. N. 38 (75) В.В.Астахов и О,Г,Климов (56) Патент Франции N. 2083995, кл, F 02 В 53/00, 1971, Заявка ФРГ ¹ 2503559, кл. F 01 С 9/00, 1976. (54) ДВИГАТЕЛЬ-НАСОС (57) Использование: изобретение относится к машиностроению, а именно, к керамическим роторным машинам с качающимися рабочими органами, и позволяет увеличить ресурс их работы. Сущность изобретения; двигатель-насос содержит керамический цилиндр (7) с двумя внутренними симметричными выступами (8) и органами 17 перекрытия, Внутри цилиндра (7) соосно установлен керамический поршень (18), с Ы 1768764 А1 прилегающий своей ступицей к выступам (8), а двумя своими наружными выступами — к внутренней поверхности цилиндра (7) с образованием четырех камер, разделенных керамическими уплотнениями (10), Уплотнения (10) прижаты к поршню (18) сжатым воздухом посредством поршеньков (13). С обеих сторон в поршне (18) выполнены осевые конусные пазы в виде зубчатых венцов, к которым прижаты своими конусными венцами полуоси полого охлаждаемого металлического вала (19). Поварстно-колебательное движение поршня (18) и вала (19) преобразуется во вращение выходного вала посредством рычажно-вильчатого механизма с маховиком, При этом изменение объема рабочих камер между выступами цилиндра (7) и поршня (18) используется для реализации функций насоса или четырехконтактного двигателя внутреннего сгорания, 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

f> 14 13

1768764

26

Изобретение относится к поршневым двигателям внугреннего сгорания и может быть использовано в судсавиаавтомстотранспорте, Известны двигатели внутреннего сгорания поршневой, двухтактный, содержаший вращающийся цилиндр, образованный поперечнь1м усечением цилиндрической фигуры, внутри которого размещается поршневой -элемент, образованный усечением цилиндра и пересечением его по оси малым цилиндром, ось ксторогс совпадает с осью вращательно-колебательного движения поршневого элемента. Консольные выступы в цилиндре имеют цилиндрические сегментные проточки с радиусом малого секущего цилиндра поршневого элемента, для их сопряжения и разделения таким образом полости цилиндра на две кадпоршневые и две подпоршневые камеры. Рращение цилиндра эксцентрично относительно оси вращения механизма преобразования вращательного движения вс всащательнсколебательное движение, который позволяет периодически уменьшать и увеличивать объемы камер над — и подпоршневого пространства и реализовать цикл двухтактнсго поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Недостатком этого технического решения является ТО, что подшипники вала поршневого элемента работают в эс-,В больших температур в стенках цилиндров, что снижает долговечность работы двигателя.

Известен двигатель, содеря<ащий цилиндр, имеющий два внутренние, расположенные вдоль его ooåBoé плоскости ьыступB,, ссосн установлеHHый в цилиHдре с возможностью вращения поршня в виде гl рилега ющей I< вьl\ > пам цигillндра IJI I. 1111 дрическсй ступицы с двумя наружными выступами, прилегающими к внутрекней поверхности цилиндра с образованием четырех камер, разделенных уплотнениями, установленными B па «В цилиндра а Bс. -;-анине на подшипниках установлены соссHO соединенный с пори нем полый вал и выходной вал, связанные между собой посредством механизfia преобразования поворотно-колебате IbHoro движения во вращательное, выполненно "o в в:;.де закрепленного ка BbixogHo валу маховика, промежуточного вала, соосио сведи енногo с полым валом, и рычага, ссединекнсгс посредством подшипников" промежуточным валом и с маховиком, а ось рычага расположена под острым углом к оси выхода вала, Недостатком этогс технического решения является то, что подшипники полуосей полого вала и механизм преосразсвани1 поворотно-колебательного движения во вращательное подвержены воздействию больших температур, что снижает ресурс работы двигателя.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы двигателя-насоса.

Для достижения поставленной цели в

- двигателе-насосе, состоящем из станины, к которой прикреплен цилиндр, имеющий два внутренние расположенные вдоль его плоскости выступа, соосно установленный в цилиндре с возможностью вращения поршень в виде прилегающей к выступам цилиндра цилиндрической ступицы с двумя наружными выступами, прилегающими к внутренней поверхности цилиндра с образованием четырех камер, разделенных уплотнениями, выполненными в виде прокладок, установленных в пазах цилиндра, причем в станине на подшипниках установлены соосно соединенный с поршнем полый вал и выходной вал, свяэ нные между собой посредством механиз;а преобразования поворотно-колебателькoro движения во вращательное, выпслненногс в виде закрепленного на выходном валу маховика, промежуточного вала, соосно соединенного с полым валом, и рычага, соединенного посредством подшипников с промежуточным валом и с маховиком, маховик имеет уравновешивающую массу, а ось рычага расположена под острым углом к оси вь1ходного вала. Цилиндр, поршень и уплотнения выполнены из керамики, а полый вал — из двух металлических полуосей с конусными концами, установленных с всзмо>кностью осевого перемещения с радиальным зазором между полуосями и цилиндром, и прижатых дополнительно установленными пружинами своими кснусными;<онцами к конусным пазам, выполненным в поршне с разных его стоРОН, Кроме того, на полуосях и поршне в местах их соединения выполнены введенные друг с другом B зацепление сооскые зубчаTbi8 венцы с одинаковыми узлами зубьев.

Подшипники полуосей полого вала закрыты дополнительно установленными крышками, в которых выполнены отверстия, а в полуосях — радиальные каналы для подачи охлаждаюшей среды. <роме того, в цилиндре выполнены vaкалы подачи сжатого. воздуха, а вдоль пазов в стенках цилиндра выполнены равнорасположенные отверстия, закрытые с одной стороны дополнительно установленными керамическими пробками, а с другой — керамическими поршеньками с толкателями, при>катыми < прокладкам, причем полости иежду пробками и поршеньками соединены

1768764

30

55 между собой каналами подачи сжатого воздуха, Механизм преобразования поворотноколебательного движения во вращательное размещен в отдельном корпусе, соединенном со станиной посредством дополнительно установленных керамических теплоизоляторов.

На фиг.1 изображена конструкция керамического двигателя-насоса; на фиг.2 — Kok струкция механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное движение; на фиг,3 — конструкция элемента вала керамического двигателя-насоса; на фиг,4 — размещение злементов керамического двигателя-насоса в прямоугольной проекции.

Двигатель-насос содержит станину 1, на которой закреплены стойки 2, на консольных Bblciупах 3 KOTopblx TE.лескопически размещаемые и подпружиненные упругими злементами 4 конические конусы

5, располагаемые в конических пазах 6 боковых стенок керамического цилиндра 7 с двумя внутоенними симметричными вь ступами 8, на которых выполнены проточки 9 под керамические уплотнения 10, соединяющиеся с круговыми проточками боковых стенок, соединяющиеся с продольными проточками. лежащие в плоскости симметpuiI i е1 и г!,.:, IкуiIslрно плоскости симметрии внутренних консольных выступов 8, В днищах нрото,ек 9 с равномерным шагом располагаются отверстия 11, в которых находятся керамические толкатели 12 поджимных керамических поршней 13., размещающиеся в плоскостях 14, закрытые керами .ес:<ими пробками 15 и соединенные между собой каналами 16 подвода сжатого воздуха, В керамическом циr индре 7 имеются органы перекрытия 17. Внутри керамическогс цилиндра 7 располагается керамический поршень 18, контактная поверхность которого повторяет внутреннюю поверхность у", oìIIHóioã0 керамического цилиндра 7 и двух симметричных выступов

8, образованного также усечением плоскостями и пересечением тела вращения по оси вращения образующего тел", деля внутреннюю полость упомянутого керамического цилиндра 7 нэ четыре разнообьемных камеPbi, Металлический вал 19 состоит из двух частей и в механическом соединении с керамическим поршнем 18 имеет зубчатый венец 20, причем угол упомянутых зубьев зубчатого венца 20 равен углу зубьев на керамическом поршне 18. Части металлического вала 19 размещаются в подшипниках

21, внешние кольца которых размещены в стойках 2 и подпружинены упругими элементами 22 в сторону керамического поршня 18, Подшипники 21 закрыты крышками

23 с отверстиями 24 для подачи охлаждающей среды, Металлический вал 19 выполнен полым с радиальными отверстиями 25 для подачи и вывода охлаждающей среды.

Металлический вал 19 соединен через муфту 26 с валом 27 механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное движение, состоящий из упомянутого вала 27, соединенный с вильчатым наконечником 28 (по типу "ухо-вилка") рычага 29, другой конец которого закреплен в подшипнике 30 маховика 31, имеющий уравновешенную массу 32 и закрепленный на выходном валу 22, который размещен в подшипнике 34, внешняя обойма которого размещена в корпусе 35. Корпус 35 крепится к станине 1 через керамические прокладки 36, На металлическом валу 19 выполненцентрирующая коническая поверхность 37.

Угол конуса котооой равен углу зубчатого венца.

Работа двигателя-насоса с механизмом преобразования вращательно-колебательного движения во вращательное движение заключается в следующем.

При вращении выходного вала 3. рычаг

29 с вильчатым наконечником 28. вращаясь относительно оси подшипника 30 махов 1ка

31, и, описывая конус, приведет в поворотно-колебательное движение вал 27. Поворотн о-кол ебател ьн ы е движения передаются через муфту 26 металлическому валу 19, а от него — керамическому поршню

18, что повлечет увеличение и уменьшение объемов в четырех равных симл етричных камерах, образованных поверхностью:.ерамического поршчя 18 и внутреннил., си;метричными выступами 8 керамического цилиндра 7. что можно использовать д. я осуществления насосных действий и.-и реализации цикла четырехтактного двигэте..я внутреннего сгорания, Выполнение цилиндра 7, поршня 18 и уплотнений 10 .з керамики увеличивает КПД двигэipë и увеличивает температуру работы. Вынос подшипников 1 ме;аллического ва;,а 19 из зоны сильного теплового воздействия увеличивает их ресурс работы. Циркуляция охлаждающей среды внутри вала 19 предохраняет его от падени", орс .ности.

Увеличение температуры в механи«еском соединении материалов с разно:л.и объемными козффициентами расширений металлического вала :9 и керал":че.-.кого поршня "i8 приводит K смещению валов 19 в сторону сжатия пружин 22, что предохраняет от высоких механических напряжени1 3

1768764

50 керамическом поршне 18, а равенство углов центрирующих конических поверхностей 37 и углов зубьев на зубчатых венцах 20, равномерно распределяют нагрузку, В результате превалирующей деформацией будет сдвиг, срез в месте стыка металлического вала 19 с керамическим поршнем 18, так как изгибающий момент практически будет отсутствовать, при условии, что в камерах, накрест лежащих, происходят одинаковые процессы сжатия или расширения. В каналы 16 подается сжатый воздух, который попадает в полости 14, закрытые керамическими пробками 15, а также, воздействуя на поджимные керамические порш ни 13, создает на керамических толкателях 12 одинаковое усилие Р, которое передается на керамические уплотнения 10, прижимая их,(оабочим (оверхностям порLUHA 18, Выбор технологического и охлаждающего зазора между металлическим валом I9 и керамическим цилиндром 7 выбирается в зависимости от технологии их сборки, коэффициента теплопередачи охлаждающей среды, максимальной температуры, при которой может работать конструкция данного металлического вала и скорости прохода охлаждающей среды как внутри его, так и снаружи.

Таким образом, предл- гаемый двигатель-насос позволяет увеличить ресурс керамических деталей путем снижения механических и термических напряжений, а также позволяет увеличить ресурс подшипников вала поршня и механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное путем выноса этих элементов из зоны высоких температур.

Формула изобретения

1. Двигатель-насос, содержащий закрепленный на станине цилиндр, имеющий расположенные вдоль его осевой плоскости два внутренних выступа, соосно установленный в цилиндре с воэможностью вращения поршень в виде прилегающей к выступам цилиндра цилиндрической ступицы с двумя наружными выступами, прилегающими к внутренней поверхности цилиндра с образованием четырех камер, разделенных уплотнениями, выполненными в виде прокладок, установленных в пазах цилиндра, причем в станине на подшипниках установлены соосно соединенный с пор5

45 шнем полый вал и выходной вал, связанные между собой посредством механизма преобразования поворотно-колебательного движения во вращательное, выполненного в виде закрепленного на выходном валу маховика, промежуточного вала, соосно соединенного с полым валом, и рычага, соединенного посредством подшипников с промежуточным валом и с маховиком, маховик имеет уравновешивающую массу, а ось рычага расположена под острым углом к оси выходного вала, отл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью увеличения ресурса работы, цилиндр, поршень и уплотнения выполнены из керамики, а полый вал — из двух металлических полуосей с конусными концами, установленных с возможностью осевого перемещения с радиальным зазором между полуосями и цилиндром, и прижатых дополнительно установленными пружинами своими конусными концами к конусным пазам, выполненным s поршне с разных его сторон.

2, Двигатель-насос по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что на полуосях и поршне в местах их соединения выполнены введенные друг с другом в зацепление соосные зубчатые венцы с одинаковыми углами зубьев.

3. Двигатель-насос по п.1 и 2, отл ич а юшийся тем, что подшипники полуосей полого вала закрыты дополнительно установленными крышками, в которых выполнены отверстия, а в полуосях — радиальные каналы для подачи охлаждающей среды.

4, Двигатель-насос по п.1, о т л и ч а ю;ц и и с я тем, что в цилиндре выполнены каналы подачи сжатого воздуха, вдоль пазов в стенках цилиндра выполнены равнорасположенные отверстия, закрытые с одной стороны дополнительно установленными керамическими пробками, а с другой — керамическими поршеньками с толкателями, прижатыми к прокладкам, причем полости между пробками и поршеньками соединены между собой каналами подачи сжатого воздуха, 5, Двигател ь-насос по пп.1 — 4, о т л и ч а юшийся тем, что механизм преобразования поворотно-колебател ьного движения во вращательное размещен в отдельном корпусе, соединенном со станиной посредством дополнительно установленных керамических теплоиэоляторов.

1768764

1768764

Составитель B.Àñòàxîâ

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Пекарь

Редактор

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

Заказ 3628 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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