CZ2966U1 - Objemový stroj s protibčžnými rotory - Google Patents

Description

Technické řešeni se týká objemového stroje s nejméně jedním statorem,-V:němž kinematicky vázaně rotuje.dvojice, pístů a jenž je využitelný zejména jako tlakový stroj, například., spalovací, parní.: nebot vzduchový- motor, nebo čerpadlo. Řešení skýtá rovněž moěnosc využití v. jiných oblastech, jako drtič, misie či .lis, například odstavující lis na ovoce pro domácnost.

Dosavadní stav techniky ...

Dosavadní řešení objemových strojů s rotačně protiběžnými rotory, zejména pak spalovací motory, jsou mimo jiné charakteriso-vány v podstatě·přetrvávájíčími nedostatky, vlastními jejich základnímu konstrukčnímu principu; míra vlivu takových nedostatků 'je známými řešeními pouze snížena, popřípadě jsou odstraněny pouze některé nedostatky. Mszi takové nevýhody patří především malý objemový výkon uvedených strojů, poměrně vyšší spotřeba paliva díky nedokonale probíhájícímu procesu’ spalování, vyšší výrobní náklady, poměrně nízký kompresní poměr, značné nároky na kvalitu užitého materiálu, zejména pak materiálů pro výrobu .těsnících lišt, zvláště není-li střed rotace pístu tocožný s jeho středem, či kinematická složitost zařízení, eliminujících poslední z uvedených nevýhod ( například u motorů typu Uankel ). U motorů či lépe řečeno strojů s prostým rotačním pohybem pístů, opatřených kluznými lištami nebo suvně uloženými lopatkami ( například motor dle CS-3-242 455, motory využívající principy činnosti tzv. Gilbertova motoru, Clarkova motoru, čerpadla využívající v podstatě stejných konstrukčních principů ) jsou dominujícími nevýhodami například problémy spojené s těsněním uvedených lišt či lopatek, jejich možné vibrace za ohodu, způsobené proměnlivými silami při pohybu rotoru po nerovném povrchu statoru, relativně značná hmotnost takových strojů. Rovněž tak řešení spalovacího motoru, popsané ve vynálezu GS-3-173 441, má poměrně závažné nevýhody - umístění spalovacího prostoru za odvalovací přímku pracovních rotorů a uzavíracích kotoučů, tvarové řešení zahloubení

uzavíracích kotoučů, umožňující značné energetické ztráty kinetické energie exploze, působící na kotouč, atd.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky v rozhodující míře snižuje objemový stroj s protiběžnými rotory dle technického řešení, jehož podstata spo-‘ čivá v tom, že. sestává z nejméně jednoho statoru se vstupním a výstupním otvorem a s vnitřním prostorem''přibližně ve tvaru nefroidy, v němž protiběžně a kinematicky vázaně rotují dva- písty. Část obvodu pístu v příčném průřezu tvoří úsek logaritmické' nebo Archimédovy křivky, o délce nejvíce jednoho závitu, jež počíná ve vrcholu, ležícím na obvodu rotační kružnice pístu a totožným s tečným.bodem této křivky; zbývající část obvodu příčného průřezu pístu tvoří úsek cyklické křivky. Alespoň jeden píst nebo jeho část je tvořena známými způsoby na vnějších základnových plochách, rotoru utěsněnou plochou lištou z pružného materiálu, upevněnou ke hřídeli a/nebo alespoň jednomu pevnému dílu pístu nejméně jednou vzpěrou.

>

Dalšími znaky je možno objemový stroj dle technického řešení rozvinout v závislosti na konkrétní oblasti využití.

Alespoň jedna 'vzpěra tvořící součást pístu může být provedena z nejméně dvou suvně, zejména-teleskopicky stavitelných dílů, popřípadě je alespoň jedna vzpěra s výhodou připojena ke hřídeli, obvodové liště pístu či další vzpěře prostřednictvím libovolné a vhodné ze známých konstrukcí pružných členů, například pružiny. Výhodné je rovněž provedení technického řešení, kde je alespoň jedna vzpěra uložena, kyvné pomocí známých prostředků,' například v kluzném čepu s okem, jež je upevněno k hlavě pístu, usazené na hřídeli. Výhodné je rovněž kyvné a kinematicky vzájemně vázané uložení vzpěr, tak, že spolu vytvářejí paralelogram. Alespoň jedna vzpěra může být rovněž zhotovena z pružného materiálu s velkým modulem délkové roztažnosti, například z pryže. Rovněž tak obvodová stěna alespoň jednoho pístu, resp. jeho častý může být provedena s výhodou z pružného materiálu, například plastového plošného útvaru, jenž je do požadovaného tvaru formován pevnou

částí přiléhající obvodové hrany druhého pístu při jej: ticky vázané rotaci.

Stator i písty objemového stroje dle technického hou být rovněž tvarovány tak, že jejich řez, vedený níž rovněž leží osa rotace pístu, tvoří kovexní a/neh mnohoúhelník, například mnohoúhelník složený ze tří k sobě lichoběžníků, vzájemně spojených společnými bočními hran tak podélné esy hřídel nerovnoběžně.

>ou oistu tehoz rLeh kinemařešení morovinou,. v jo konkávní přilehlých ami. Rovněž 3ýt uloženy lišta pístu nebo její

Oovooo ny otvory nebo provedeny z tvarován

Utesneii ooou pistu, rctujicicn v jednom statoru, dou možno provést známými těsnícími elementy, zhotoven; mých materiálů, přičemž regulace jejich přítlaku k vn; dove ološe statoru je ovládána oomocí -'iž očesaných ví nujicicn s vynoccu v.nocne

pri vícestupňové .konstrukci stroj;

.3 technickeh:

řeny alespoň jedním přepouštěcím kanálkem, ovládaným b; při jeho rotaci, a/nebo opatřeného ventilem známého

Mezi nejpodstatnější výhody objemového stroje dl kého řešení patří především celkově malý počet jeho soi loučení jakýchkoli kmitajících kinematických členů, zp; dynamické rázy, výrazné zmenšení tření na styčných pli rotujícími součástmi a statorem, možnost dosažení vy= presního poměru u tlakových strojů, možnos^- ventilů pro regulaci průchodu média, využit rokem spektru otáček, možnost ovlivnění směru proud rotoru, nízký počet náhradních dílů pro výměnu, porn spektrum materiálů vhodných pro výrobu stroje dle tec; šení s ohledem na oblast jeho aplikace, a podobně.

vyloučení

oomžrnč šin í média v jrně široké nickčho řeiroie v

7-7 7

Objemový stroj dle technického řešení je rovněž využitelný i v jiných oblastech techniky než jsou dosud uvedeny v popisu, například může být použit ke zhotovení rotačních průtokových měřičů.

Přehled připojených vyobrazení

Podstata řešení objemového stroje s protiběžnými' rotory dle technického řešení je blíže objasněna pomocí připojených vyobrazení, kde na obr. 1 a 2 jsou znázorněny dva příklady úvěrového řešení a uspořádáni pístů ve statoru v půdorysném řezu, obr. 3 a 4 představují schématicky znázorněné příklady provedení pístů z pružné -obvodové lišty, resp. opatření takového pístu pružnou přepážkou z plošného plastového útvaru; obr. 5 znázorňuje v nárysnóm řezu pohled na trojici roocrů s protiběžně uloženými písty, jejichž nárysný řez je ve tvaru konvexnč-konkávního mnohoúhelníku a osy rooaoe těchto pístů jsou vzájemně nerovncběšné. Obr. 5 znázorňuje příkladné provedení pístu z obvodové lišty a vík s těsnícími elementy, obr. 7a, 7b znázorňují schématizovanó a zjednodušené příklady provedení uspořádání vzájemně kinematicky vázaných vzpěr dvojice pístů, uložených na jedné hřídeli.

?ools příkladů provedení oechnlckého řešení na obr. 1 je znázorněno v půdorysnám řezu příkladné provedeni statoru jL s dvojicí pístů 2_, 3./ ² nichž každý je uložen na jedné z ro/neběžných hřídelí _4, 5_. Průřez obou tvarově shodných pístů 2_, 3 je vytvořen jako uzavřený obrazec dvou zrcadlově symetrických částí, jejichž konvexní oblouk tvoří úsek logaritmické křivky o délce rovné jedné polovině závitu; konkávní část oblouku tvoří odpovídající úsek cyklické křivky. Cbě křivky se setkávají ve vrcholu, ležícím na obvodu rotační kružnice pístů 2, _3, jenž je současně totožný s tečným bodem uvedených křivek. Takto provedené písty rozdělují vnitřní prostor statoru na dva vzájemně vůči sobě utěsněné prostory A, 3. šipky na vyobrazení znázorňují výhodný smysl rotace obou místu 2, 3.

Na obr. 2 je znázorněno tvarově odlišné provedení pístů 2, 3_, jejichž půdorysný průřez je vytvořen jako uzavřený obrazec, sestávající z logaritmické křivky o délce jednoho závitu, přecházející na konkávní části obrazce do cyklické křivky, končící a vri:./:;·¹;.·' - .

cholu společném oběma křivkám, jenž leží na obvodové křivce rotačních kružnic statoru 1 a je současně tečným bodem těchto křivek vzhledem ke kružnici. Rovněž tyto písty 2_, 3. jsou uloženy na protiběžně rotujících hřídelích 4., _5, jejichž smysl rotace naznačují šipky,, zakreslené na vyobrazení. Také v tomto případě je vnitřní. prostor statoru 1 rozdělen na dva vzájemně izolovaná prostory A, 3.

Ka obr. 3 je ve schématizovaném půdorysném, řezu znázorněn stator 1, v jehož vnitřním prostoru protiběžně rotují dva písty 2_z 3. ( ve směru šipek ) . Každý z pístů _2, 3. je uložen na jedné z hřídelí 4., 5_, na níž je současně nasazena hlava 5., 12 ve tvaru objímky 5 čepovými lůžky, v nichž jsou zejména otočně uloženy čepy kinematických členů pístu, jako jsou táhla 7, 15, suvná, resp. teleskopická táhla 9., táhla 15 opatřená alespoň jedním pružným členem 10, 11, 13, například tlačnou nebo tažnou pružinou a jež mohou být s výhodou vzájemně kinematicky vázána k hlavě 5., 12 a/nebo pevnému dílu 3. pístu 2. či jeho obvodové liště tak, že vytvářejí paralelogram 13, jenž může být s výhodou doplněn o pružně táhlo 14, přidržující uspořádání paralelogramu 13 v požadovaná základní poloze. Znázorněná provedení alespoň jednoho z pístů 2., 3. umožňuje udržení jejich vzájemné těsnosti po celou dobu rotace ve statoru 1_; těsnění na hranách obvodová lišty a/nebo na plochách pevných dílů 8. pístu vůči základnám rotoru 1. je provedeno libovolným ze známých konstrukčních řešení.

Obr. 4 představuje v půdorysném řezu pohled na stator 1. s dvojicí pístů 2., 3. na hřídelích 4., 2' přičemž v konkávní části obvodu pístu 3. je uchycen pružný díl 17, vyrobený z plošného útvaru vhodné struktury, například jako síto, jenž umožňuje regulovaný průchod látky, procházející statorem .1, event. i oddělení její některé frakce - například ve spojení s pístem 3., vyrobeným z perforované obvodová lišty v alespoň konkávní části obvodu pístu

3. je takové uspořádání mošno aplikovat v odštavovačích, mísících, separátorech, a podobně.

Obr. 5 představuje nárysný řez uspořádáním objemového stroje dle technického řešení, sestávajícího z trojitého statoru .1, v

němě ss pohybují tři vzájemně oddělené dvojice pístů 2_ a _3, 20 a 30, 200 a 300, uložené na páru hřídelí 22, 23, svírajících vzájemně úhel přibližně 20*; kinematické vázání pohybu všech pístů 2' 2' 20, 30, 200, 300 je dosaženo pomocí dvojice kuželových kol 19, 21 na koncích obou hřídelí 22, 22' jež mohou být provedena v závislosti na oblasti aolikace technického řešení jako kola třecí, ozubená, a podobně. Stator !_ a současně i -rotory - jsou tvarovány tak, že jejich svislý průřez tvoří pravidelný - konvexně-konkévní mnohoúhelník.

niavv

Obr. 5 představuje příkladné provedení pístu 2 ^v- schématilém a zjednodušeném aucncmetrickém pohledu. Píst 2 sestává z ve tvaru objímky, určené k nasazení na nevyobrazenou hří.m.~.

jedním stupněm volnosti uložena protilehlá dvcji:e vzoor 7, ’ zakončenveh ;oa:

strano oeoovvm kloubem 22, soojsnýn s teleskopickým táhlem _9, na jehož suvně uleženém dílu je uchyceno obvodové těsnění 24, vedené v drážce- pevného dílu 3. ve vrcholech pístu 2' pzvným dílům _3 jsou známým a neznázorněn.ýrn způsobem připojeny obě obvodové lišty pisti 2· Směrem k oběma základnám nevyobrazeného statoru je píst 2 zakončen víkem 22' ^v jehož základnové ploše, přilehlé základnové ploše statoru, je provedena po celém obvodu dráčka 22' ^v t² uložen přítlačný díl 22' provedený na popisovaném příkladu jako plochá pružina již •definovaného tvaru a těsnaní 22' dosedající na vnitřní základnové plochy statoru i.

Obr. 7a představuje zjednodušený axonometrický pohled na hřídel 2' určenou pro nepohyblivé uložení dvojice nevyobrazených pístů, přičemž uvnitř každého z těchto pístů je uložena dvojice vzpěr 2' 22' zakončených po jedná straně čepovými klouby 22' 33 ', k nimž jsou dále připojena částečně znázorněná teleskopická suvná táhla £, 22' přičemž opačné konce vzpěr 7_, 7 jsou pevně spojeny s táhlem 22' umístěným, koaxiálně a kyvné uvnitř hřídele 2· Délka kyvné dráhy táhla 33 je vymezena radiálními drážkami 3ή ve hřídeli 2· Uvedeným způsobem je dosaženo rovněž kinematicky vzájemně závislého pohybu nevyobrazených obvodových těsnění pístů a současně je zamezeno jeho nežádoucímu přílišnému vysunutí z pístu, zejména v případech, kdy alespoň jeden z pístů objemového stroje

dle technického řešení je v klidovém stavu v poloze, kdy se obvodové těsnění neopírá o vnitřní stěnu statoru a/r.ebo o obvodovou stěnu sousedního pístu. Tentýž problém je odstraněn v příkladu provedení technického' řešení dle obr. 7b, kde je ve zjednodušeném půdorysném pohledu s řezem znázorněna hřídel j5, na níž jsou pevně uchyceny' neznázorněné písty a na níž. jsou· otočně uloženy hlavy

5, opatřené vnitřním /zuoením 23, raso.

jsou v záběru obvodové zuby planet 32, resp. 32, usazené na společných hřídelkách 31 / k nimž jsou pevně připojeny pouze částečně vyobrazené vzpěry 7_, resp. 7 ”, zakončené nevyobrazenými obvodovými- těsněními. ?ro dosažení minimálních rozměrů jsou planety 32, 32/ částečně uloženy ve vybráních 35 hřídele _5; ;stejným způsobem je možno do podélných drážek- v oelese hřídele 5. uložit i hřídeiky. 31. Popsaná kinematické spřažení obvodových těsnění rotorů může být dosaženo i ' pro vzájemně mimoběžná táhla 7^:l, například prostřednictvím planet 32^:|, jejichž ozubení je v záběru s obvodovým ozuoenam ;0,

Ϊ0 alespoň jedné z hlav 5, resp. 5'a které jsou uloženy na paralelně uchycené hřídeioe 31^!l a ve vybrání 35^!!. Kinematické vázání alespoň dvou pístů téže hřídele 5. je rovněž možno dosáhnout i dalšími známými prostředky pro přenos točivého momentu, například šneky se šnekovými koly,.kuželovými koly a hřebeny ;zuoenzm, a oooo;

Claims (10)

1. NÁROKY NA O C HRA N U

   1. Objemový stroj s protiběžnými rotory, sestávající z nejméně jednoho statoru se vstupním a výstupním otvorem a s vnitřním prostor-em přibližně ve. tvaru nefroidy, v němž protiběžně a kinematicky. vázaně rotují dva písty, když část obvodu každého z pístů tvoří úsek logaritmické křivky nebo Archimédovy. křivky o délce maximálně jednoho závitu., počínající ve vrcholu, ležícím na obvodu rotační kružnice pístu a. současně totožným s tečným bodem.této křivky, zatímco zbývající část obvodu průřezu pístu tvoří úsek· cyklické křivky, přičemž alespoň jeden píst vytvořeny z pružného materiálu, vyzná a/nebo jeho část'jsou č e n ý t í m , že cist (

   20, 30, 200, 300 ) a/nebo jeho obvodová část je tvořena utěsněnou plochou lištou, tlaspoň jedné, hřídeli upevněnou x.

   ( 4, 5, 22, 22 ) a/nebo alespoň jednomu pevnému dílu ( 3 ) nejméně jednou vzpěrou ( 7, 15, 15 ).
2. 2. Objemový vyznačený stroj s protiběžnými rotory podle nároku 1, tím, že alespoň jedna vzpěra ( 9 ) sestává z nejméně dvou dílů, vzájemně suvně, zejména teleskopicky ulože-

   nýc h a/nebo nem ( 10, 11 3. Obj 2, v y z n 15 ) je na

   a c e n ý ;e alesoí jedna vzpěra ( 7, 13, né části (3 ) uchycena v kyvném a/nebo suvném uložení, například ve třecím kloubu.

   4. Objemový stroj s OtOtiběžnými rotory podle nejméně jednoho z nároků laž3, vyznačený tím, že kyvné uložené vzpěry tvoří paralelogram ( 13 ).

   5. Objemový stroj s protiběžnými rotory podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že alespoň jedna vzpěra ( 14 ) je vytvořené 2 pružného materiálu nebo jejich směsi s velkým modulem délkové roztažnosti, například z pryže.

   i

   6. Objemový stroj s protiběžnými rotory podle nejméně jednoho z nároků 1 až 5, vy značený tím, že obvodová stěna pístu ( 3 ) anebo její část je provedena z pružného materiálu, například polymerovaného plastu a/nebo je ke konkávní části obvodu.pístu ( 3 ) takovýto pružný díl ( 17. ) připojen.

   7. Objemový stroj ho z nároku 1 až S, v alespoň jednoho pístu s protiběžnými rotory modle nejméně jedno— yzn.ačený t í m , že příčný průřez ( 2, 3, 20, 30, 200, 300 ) tvoří konvexní a/nebo konkávní mnohoúhelník.
3. 3. Objemový stroj, s protiběžnými rotory podle nejméně jedncn:

   naroxu
4. 7, vyznačený on on • f i- f J I t x m , z; 200,. 300 ) tovs její stěna alespoň jednoho místu ( 2 část a/nebo pružný díl (.17 ) . je opatřen otvory nebo vyroben :

   tvarovaného plošného útvaru s rozměrově určitými otvory, například sítem. ' .

   noho hříd

   Objemový- stroj s protiběžnými nároků I až 3, vyznačen ( 22, 23 ) jsou nerovnobežné.

   rotory podle nejméně jedni , že podélné osy
5. 10. Objemový stroj s protiběžnými re noho z nároků 1 až 9, vyznačený jednom rotoru a/nebo statoru ( 1 ) je prov poustěcí -kanálek.

   tím, ž í den alesocň v ηejmsnž jeden přeli. Objemový stroj s orot

   noho z nároků 1 až 10, v y z n den píst ( 3 ) je na stykové ( 1 ) opatřen u šsněním ( 24 ), mých prostředí c í-Iu l Γ.3 příklad

   iběžnými rotory podle nejméně jedačený tím, že alespoň jeološe s obvodovou plochou statoru zejména suvně uloženým pomocí znáteleskopioké vzpěry ( 3 ).
6. 12. Objemový stroj s protiběžnými rotory

   - noho z nároků 1 až 11, v y z na č e n ý tím, ze píst ( 3 ) je po alespoň jedné základnové ploše opatřen víčkem ( 2S ), v je- Λ hož zevní základně je po celém obvodu provedena alespoň jedna

   s- drážka ( 25 ) a v níž je uloženo těsnění ( 23 ).
7. 13. Objemový stroj s protiběžnými rotory podle nároku 12, vyznačený tím, že mezi dnem drážky (.25 ) a těsněním ('23 ) je vložen alespoň jeden pružný člen ( 27 ) ' například Dlochá oružina.
8. 14. Objemový stroj s orotiběžnými rotory podle nejméně jednoho z nároků 1' až

   13, v yznačený tím , že alespoň jeden stator ( 1 ) obsahuje písty ve tvaru sroubovice se strmým stouoáním.
9. 15. Objemový stroj s prctioěžnými rotory podle nejméně jednono z nare:

   i az 14, vyznačený i m , ze po vnensam a/nebo vnitřním obvodu hřídele ( 5 ) je rovnoběžně uloženo táhlo ( 33 ), k němuž je pevně připojena alespoň jedna vzpora ( 7, 7' ) a/nebo jejich libovolná soustava, například para!elocram ( 13 ) s připojeným obvodovým těsněním ( 24 ).

   15. Objemový stroj s protiběžnými rotory podle nejméně jednoho z nároků 1 až 15,vyznačený tím, že hlava ( 5 ) a/nebo táhlo ( 33 ) je uloženo vzhledem ke hřídeli ( 5 ) nezávisle otočně, například v kluzném uložení.
10. 17. Objemový stroj s protiběžnými- rotory podle nároku .15, vyznačený tím, že vzájemná poloha nejméně dvou vzpěr ( 7, 7' ) a/nebo jejich soustav, například paralelocramu (13 ), uložených v nejméně dvou pístech nasazených na společné hřídeli ( 5 ) je kinematicky vázána pomocí známých prostředků, například vnitřního obvodového ozubení ( 30, 30' ) hlav ( 5, 5' ), jež je v záběru s obvodovým ozubením nejméně dvou planet ( 32, 32' ), nasazených 'na společné hřídeloe ( 31 ) , k níž je současně připojen^ alespoň jedno táhlo ( 7, 7' ).