Роторно-лопастное устройство

Авторы патента:

F04C2/44 - Гидравлические машины объемного вытеснения с вращающимися или качающимися рабочими органами (роторные гидравлические двигатели F03C); насосы и компрессоры объемного вытеснения с вращающимися и качающимися рабочими органами

F01C1/44 - Роторные машины или двигатели; машины или двигатели с колебательным движением рабочих органов (конструктивные элементы и отличительные особенности роторных двигателей или двигателей с качающимися рабочими органами, обусловленные внутренним сгоранием F02B 53/00, F02B 55/00)

Владельцы патента RU 2538148:

Тимерзянов Рустем Наилевич (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-лопастным устройствам, и может использоваться в двигателях внутреннего и внешнего сгорания, пневмодвигателях, компрессорах, насосах, детандерах. Роторно-лопастное устройство содержит корпус 1 с торцевыми крышками и не соосно размещенный в нем ротор 3 с лопастями 4. На внутренней поверхности торцевых крышек вдоль соединения торцевых крышек с корпусом 1 выполнены пазы 8. Каждая лопасть 4 соединена с ротором 3 через ось 5, параллельную оси ротора 3, и снабжена на конце узлом качения-уплотнения 6, состоящим из трех роликов или шариков, расположенных на одной оси. Лопасти 4 опираются крайними соответственно роликами или шариками узла качения-уплотнения на края пазов 8, без соприкосновения с наружными краями пазов 8, и средним роликом на внутреннюю поверхность корпуса 1. Изобретение направлено на повышение КПД устройства, уменьшение износа деталей от трения в паре лопасть-корпус. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому техническому результату, выбранным в качестве прототипа к заявляемому устройству, является двигатель, приводимый в действие средой под давлением, подаваемой из внешнего источника давления, и содержащий корпус с торцевыми крышками и не соосно размещенный в нем ротор с лопастями, при этом каждая лопасть соединена с ротором через ось, параллельную оси ротора, и опирается роликом, установленным на конце лопасти, на внутреннюю поверхность корпуса, а также впускные и выпускные клапаны для прохода рабочего тела (евразийская заявка на изобретение ЕА 200700370 А1, опубл. 31.08.2007 г., МПК F01С 1/44, F04C 2/324).

Недостатками прототипа являются большие силы трения в паре лопасть-корпус, пониженный КПД устройства.

Задачей заявленного изобретения является повышение КПД устройства, уменьшение износа деталей от трения в паре лопасть-корпус. Поставленная задача достигается тем, что в роторно-лопастном устройстве, содержащем корпус с торцевыми крышками и не соосно размещенный в нем ротор с лопастями, согласно изобретению, на внутренней поверхности торцевых крышек вдоль соединения торцевых крышек с корпусом выполнены пазы, каждая лопасть соединена с ротором через ось, параллельную оси ротора, и снабжена на конце узлом качения-уплотнения, состоящим из трех роликов или шариков, расположенных на одной оси, при этом лопасти опираются на края пазов крайними соответственно роликами или шариками узла качения-уплотнения, без соприкосновения с наружными краями пазов, и средним роликом на внутреннюю поверхность корпуса. Поверхности ротора и лопастей выполнены с выступами и углублениями, создающими несколько разделенных друг от друга объемов между корпусом, ротором и лопастями. Ротор и лопасти изготовлены полыми и имеют клапаны, обеспечивающие перекрытие объема, образуемого полыми ротором и лопастями, на входе и выходе.

Заявленное роторно-лопастное устройство представлено на следующих фигурах:

фиг.1 - роторно-лопастное устройство в поперечном разрезе корпуса, компрессорная секция;

фиг.2 - роторно-лопастное устройство в поперечном разрезе корпуса, рабочая секция;

фиг.3 - роторно-лопастное устройство в продольном разрезе корпуса;

фиг.4 - лопасти роторно-лопастного устройства.

Роторно-лопастное устройство содержит цилиндрический корпус 1 с торцевыми крышками 2 и не соосно размещенный в нем ротор 3 с лопастями 4, при этом лопасти 4 соединены с ротором 3 через оси 5. Лопасти 4 на концах имеют узлы качения-уплотнения 6. Корпус 1 имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность 7. Края пазов 8, выполненные в торцевых крышках 2 корпуса 1, параллельны поверхности 7. Узлы качения-уплотнения 6 имеют ролики или шарики 9 и 10. Ширина пазов 8 равна диаметру роликов или шариков 10, но на поверхности 7 в местах совмещения с краями пазов 8 выполнены технологические зазоры. Лопасти 4 выполнены полыми и имеют клапаны 11 и 12. Роторно-лопастное устройство составляет основу роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания. Роторно-лопастный двигатель внутреннего сгорания имеет компрессорную 13 и рабочую 14 секции. Рабочая секция 14 корпуса 1 имеет выпускной управляемый клапан 15, топливную форсунку 16 и свечу зажигания 17. Компрессорная секция 13 имеет впускной клапан 18. Края лопастей 4, прилегающие к торцевым крышкам 2, могут быть оборудованы уплотнительными пластинами 19.

Роторно-лопастный двигатель работает следующим образом. Лопасти 4 делят внутренние объемы каждой секции 13 и 14 корпуса 1 на три камеры, причем максимальный угол раскрытия лопастей 4 к поверхности 7 менее 90°. При раскрутке ротора 3 лопасти 4 начинают складываться и раскрываться, изменяя объем камер секций 13 и 14, чему способствует смещенность осей ротора 3 и корпуса 1. Во всех камерах секций 14 проходят поочередно одинаковые термодинамические процессы. Отклонение лопастей 4 в секциях 13 и 14 разнонаправленное. Компрессорная секция 13 через впускной клапан 18 имеет сообщение с атмосферным воздухом. Лопасти 4 сжимают атмосферный воздух, который под давлением через самооткрывающиеся клапаны 11 подается во внутреннюю полость лопастей 4 и ротора 3 и через самооткрывающиеся клапаны 12 подается в камеру рабочей секции 14. При движении лопасти 4 рабочей секции 14 к верхней мертвой точке поступивший сжатый воздух дожимается, топливная форсунка 16 впрыскивает топливо и перед подходом лопасти 4 к верхней мертвой точке топливовоздушная смесь воспламеняется от свечи зажигания 17. Следует рабочий ход, в конце которого в этой камере открывается выпускной управляемый клапан 15, через который отработанный газ покидает двигатель и начинается новый цикл. При вращении ротора 3, ролики или шарики 9 и 10, соприкасаясь с поверхностями 7 и 8, вращаются на одной оси, но в разные стороны, обеспечивая постоянный контакт ролика 9 с поверхностью 7, что предотвращает перетекание рабочих газов между соседними камерами. Технологический зазор, выполненный на поверхности 7, не позволяет роликам 10 соприкасаться с наружными краями пазов 8. Охлаждение ротора 3, лопастей 4 и клапанов 11 и 12, установленных на лопастях 4, осуществляется атмосферным воздухом, проходящим через них. Корпус 1 имеет воздушную или жидкостную системы охлаждения.

Углубления и выступы в роторе 3 и лопасти 4 делят объем камеры при складывании лопасти 4 на два объема, в один из которых подается порция топлива. Топливовоздушная смесь воспламеняется от сжатия или от свечи зажигания 17 и при дальнейшем складывании лопасти 4 открывается канал, соединяющий объемы между собой. Бедные и богатые топливовоздушные смеси активно перемешиваются, сгорая с большей полнотой. Оба объема имеют избыточное давление, преобразуемое лопастью 4 в крутящий момент ротора 3.

Представленное роторно-лопастное устройство решает несколько задач:

Повышение КПД происходит благодаря увеличению эффективной площади лопасти 4 при совершении рабочего хода, что позволяет достичь эффекта продолженного расширения. Повышение КПД происходит от боковой составляющей, возникающей при давлении рабочих газов на лопасти 4, одновременно раздвигающих лопасти 4, которые при взаимодействии с поверхностью 7 образуют боковую составляющую от этого давления. Увеличение механического КПД и уменьшение износа происходит в связи с уменьшением трения в паре корпус-лопасть, замененного качением. Тепловые потери в стенки корпуса 1 уменьшаются, т.к. камера сгорания расположена в узкой части цилиндрического корпуса 1. За счет конструктивной особенности лопасти 4 достигается снижение потерь работы двигателя на сжатие рабочего газа. Снижение температуры лопастей 4 и ротора 3, достигаемое при пропуске атмосферного или сжатого газа через полости ротора 3 и лопастей 4, преобразуется в давление поступающего газа. Более полное сгорание топлива, влияющее на экономичность и экологичность двигателя, содержащего заявленное роторно-лопастное устройство, происходит за счет оптимального соотношения топливовоздушной смеси в разных объемах и обеспечивается профилированием геометрии лопастей 4, разделяющих объем камер двигателя на несколько объемов при складывании лопастей 4. Возможность воспламенения топливовоздушной смеси от сжатия в одном из объемов камеры двигателя позволяет исключить применение электроискровых или плазменных источников поджига топливовоздушной смеси.

Благодаря новой совокупности существенных признаков заявляемого решения достигается следующее:

- увеличение термического КПД;

- увеличение механического КПД и долговечности роторно-лопастного устройства, за счет снижения износа между корпусом 1 и лопастями 4;

- снижение вредных выбросов за счет более полного сгорания углеводородного топлива и продолженного расширения.

1. Роторно-лопастное устройство, содержащее корпус с торцевыми крышками и не соосно размещенный в нем ротор с лопастями, отличающееся тем, что на внутренней поверхности торцевых крышек вдоль соединения торцевых крышек с корпусом выполнены пазы, каждая лопасть соединена с ротором через ось, параллельную оси ротора, и снабжена на конце узлом качения-уплотнения, состоящим из трех роликов или шариков, расположенных на одной оси, при этом лопасти опираются крайними роликами или шариками узла качения-уплотнения на края пазов, без соприкосновения с наружными краями пазов, и средним роликом на внутреннюю поверхность корпуса.

2. Роторно-лопастное устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности ротора и лопастей выполнены с выступами и углублениями, создающими несколько разделенных друг от друга объемов между корпусом, ротором и лопастями.

3. Роторно-лопастное устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор и лопасти изготовлены полыми и имеют клапаны, обеспечивающие перекрытие объема, образуемого полыми ротором и лопастями, на входе и выходе.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к многоступенчатым объемным насосам, и может быть использовано для подъема жидкости из нефтяных скважин. Насос выполнен многоступенчатым и содержит корпус 1 с зонами всасывания и нагнетания.

Способ (варианты) и система управления компрессорной станцией // 2536639

Изобретение относится к способу управления компрессорной станции. Способ управления компрессорной станцией (1), которая включает в себя по меньшей мере несколько объединенных друг с другом в сеть компрессоров (2), может не только формировать стратегии переключений посредством электронной системы (3) управления для оказания влияния на количество имеющейся в распоряжении одного или нескольких пользователей станции (1) сжатой текучей среды в станции (1), но и в состоянии приспосабливать имеющееся в распоряжении одного или нескольких пользователей станции (1) количество сжатой текучей среды к будущим условиям работы станции (1) адаптивно к отбираемому количеству сжатой текучей среды из станции.

Эксцентриковый червячный насос (варианты) // 2535795

Изобретение относится к эксцентриковому червячному насосу для нагнетания густотекучих, высоковязких и абразивных сред. Эксцентриковый червячный насос (100) с продольным направлением L включает в себя по меньшей мере один конический, винтообразно закрученный, по меньшей мере одноходовой ротор (1) с шагом h, по меньшей мере одним эксцентриситетом (e1, е2, е3,… еn) и по меньшей мере одним поперечным сечением d, который установлен с возможностью вращения в одно- или многоходовом коническом статоре (2).

Рабочий орган винтовой роторной машины // 2534657

Изобретение относится к области роторных машин объемного вытеснения, которые могут выполнять функции как двигателя, так и насоса, и касается усовершенствования профиля рабочих органов винтовых роторных двигателей, компрессоров и насосов.

Роторный насос // 2532455

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным насосам. Роторный насос содержит цилиндрический корпус 1, ограниченный верхним и нижним основаниями с впускными и выпускными отверстиями 5 и 7, установленный на валу ротор 2 и шиберы 8 и 9, разделяющие пространство между ротором 2 и корпусом 1 на камеры 12 и 13, изменяющие свой объем во время вращения ротора 2.

Роторно-лопастная машина // 2531107

(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании роторно-лопастных двигателей, насосов, компрессоров, гидроприводов. Роторно-лопастная машина содержит корпус (1), крышки (2, 3).

Шестеренчатый насос // 2530692

Изобретение относится к шестеренчатому насосу. Шестеренчатый насос содержит несколько входящих в зубчатое зацепление для подачи среды зубчатых колес, которые удерживаются в корпусе насоса с возможностью вращения.

Роторный насос вытеснения для перекачивания эмульсий с твердыми веществами, в частности, жидких взрывчатых веществ // 2530677

Изобретение относится к роторному насосу вытеснения для перекачивания эмульсий с твердыми веществами, в частности жидких взрывчатых веществ. Корпус (24) роторного насоса содержит переднюю торцевую пластину (56) и заднюю торцевую пластину.

Соосный редуктор // 2529943

Изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности, в приводах запорной арматуры, в лебедках буровых установок, в колесных и/или бортовых редукторах тракторов, экскаваторов, роботах для пожаротушения.

Насос (варианты) // 2527806

Изобретение относится к насосам объемного вытеснения с импульсной подачей рабочей жидкости. Насос содержит корпус с первым и вторым в стенке отверстиями входа-выхода рабочей жидкости и кольцевой канал внутри расположенного в корпусе ротора.

Газодинамический роторный двигатель // 2536740

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель содержит корпус с торцевыми стенками и внутренней тороидальной замкнутой поверхностью с впускными и выпускными штуцерами, левый и правый роторы, уплотнительные кольца, установленные в торцевых стенках, шестерни передачи крутящего момента выходному валу двигателя.

Рабочий орган винтовой роторной машины // 2534657

Роторно-лопастная муфта // 2533589

Изобретение относится к энергетике, транспорту и машиностроению. Роторно-лопастная муфта содержит ротор с одной или несколькими лопастями, неподвижно закрепленными на роторе, ведомый фланец с осью замыкателя, замыкатель, вращающийся под воздействием лопастей вокруг геометрической оси, эксцентричной относительно оси ротора, запорное кольцо.

Осевой объемный компонент газотурбинного двигателя (варианты), осевой объемный компрессор газотурбинного двигателя и осевой объемный расширитель газотурбинного двигателя // 2532637

Осевой объемный компонент (3) газотурбинного двигателя, такой как компрессор, или турбина, или расширитель (88), содержит роторный узел (15), проходящий от полностью осевого впуска (20) до находящегося ниже по потоку и отстоящего по оси осевого выпуска (22).

Роторный двигатель внутреннего сгорания // 2532082

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания включает полый корпус, цилиндрический ротор с поршнем, затвор с приводом управления затвором, камеру сгорания, рабочую камеру, устройство для подачи и сжигания топлива и снабжен декомпрессионным клапаном.

Роторный двигатель внутреннего сгорания // 2531111

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит неподвижный цилиндрический корпус с выступающей за его пределы камерой впрыска и поджига топливной смеси, снабженной свечой зажигания и окном впускным для топливной смеси.

Роторно-лопастная машина // 2531107

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания // 2531008

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, ведущий вал с передним зубом, задним зубом и перегородкой между ними, передний и задний ведомые валы с шиберами, имеющими впадину для зуба.

Устройство для утилизации энергии природного сжатого газа // 2530958

Изобретение относится к устройству для утилизации энергии сжатого газа. Устройство содержит каскады низкого и высокого давления, блок измерения расхода газа, радиатор, средства для регулирования температуры газа, поступающего потребителю, основной теплообменник, холодильную камеру, потребитель холода, источник электроэнергии и дополнительный теплообменник.

Способ определения криволинейного профиля лопастей дисков // 2530928

Изобретение относится к области двигателестроения и касается способа определения криволинейного профиля лопастей дисков в многороторном двигателе внутреннего сгорания по патенту RU 2325542 С2 и позволяет упростить технологию изготовления.

Роторный двухкамерный двигатель внутреннего сгорания // 2539412

Изобретение относится к двигателестроению. Роторный двухкамерный двигатель внутреннего сгорания содержит ротор, разделительные колеса и шестерни сопряжения, расположенные в неподвижном статоре-картере с впускными, выпускными отверстиями и камерой сгорания. Ротор состоит из двух рабочих колес цилиндрической формы на одном валу. Камера сгорания расположена между этими колесами и за счет формы рабочих колес камера сгорания периодически перекрывается для работы двигателя. Рабочие колеса представляют из себя два сегмента цилиндра разного диаметра, оси которых совмещены с осью вала ротора. Разделительные колеса имеют форму из двух сегментов цилиндров разного диаметра с общей осью, поверхность большего из которых катится по поверхности меньшего сегмента цилиндра рабочего колеса ротора. Диаметр большего сегмента цилиндра разделительных колес равен диаметру меньшего сегмента цилиндра рабочих колес. Изобретение направлено на упрощение конструкции, повышение надежности, моторесурса, удельной мощности и КПД двигателя. 4 з.п. ф-лы, 20 ил.