NL1004426C1

NL1004426C1 - Reversible rotary volume-expansion engine, compressor or pump

Info

Publication number: NL1004426C1
Application number: NL1004426A
Authority: NL
Inventors: Aleksej Feodorowish Alibekov
Original assignee: Aleksej Feodorowish Alibekov
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-11-05
Publication date: 1997-08-26
Also published as: NL1004426C2

Abstract

The rotor (2) rotates on its axle (3) within the stator (1) cylinder. A divider (4) is flanked by inlet (5) and outlet (6) ports; the latter reverse their functions if the direction of rotation changes. Each of the one or more rotating seals (7) has three or more blades. Rotation of the seal unit (7) is synchronised with that of the rotor (2) to permit passage of the divider (4), which acts as a mechanical commutator. Entry of the working fluid through the port (5) exerts a force on the blade of the seal (7) to drive the rotor (2).

Description

ROTERENDE, OMKEERBARE, VOLUME-EXPANSIE MACHINE Beschrijving van de uitvindingROTARY, REVERSIBLE, VOLUME EXPANSION MACHINE Description of the invention

De uitvinding heeft betrekking op het gebied van de algemene machinebouw: warmtemotoren (interne en externe verbrandingsmotoren, stoommachines enz.)/ pneumatische motoren, hydromotoren, proportionele, omkeerbare en propor-5 tioneel omkeerbare compressoren en pompen.The invention relates to the field of general mechanical engineering: heat engines (internal and external combustion engines, steam engines, etc.) / pneumatic engines, hydromotors, proportional, reversible and proportional reversible compressors and pumps.

Doel van de uitvinding: vergroting van het rendement van warmtemotoren en volume-uitdrijvingsmachines; verkleining van het soortelijk gewicht en volume van warmtemotoren per krachteenheid; vereenvoudiging van de constructie; vergro-10 ting van de betrouwbaarheid en levensduur; het bereiken van een grotere mate van gemak bij massaproduktie; in geval de warmtemotor wordt gebruikt in het transportwezen, zal dit een aanzienlijke besparing opleveren op het brandstofverbruik per trajecteenheid.Object of the invention: to increase the efficiency of heat engines and volume extrusion machines; reduction of the specific gravity and volume of heat engines per power unit; simplification of the construction; increasing reliability and service life; achieving a greater degree of convenience in mass production; if the heat engine is used in the transport industry, this will result in significant savings in fuel consumption per unit of journey.

1515

In figuur 1 is een dwarsdoorsnede afgebeeld (minimale variant lxl) van de roterende, omkeerbare, volume-expansiemachi-ne. De expansiemachine omvat een stator en een rotor. Het vaste deel kan zowel rotor als stator zijn. Bij deze variant 20 is het losse deel van de expansiemachine stator 1 met bevestigingselementen. De draaiende rotor 2 is vast verbonden met draaiingsas 3. De stator is een cilinder met een aan de binnenwand geplaatste volume-verdeler 4, in welk lichaam zich een instroomkanaal van de werkzame stof 5 en een uit-25 stroomkanaal van de afgewerkte stof 6 bevinden. Indien het nodig is de draairichting van de rotor te veranderen, dan veranderen tevens de functies van de in- en uitstroomkanalen. In de cilindrische uitholling van de rotor is een tandwiel-afsluiter 7 geplaatst met minimaal drie bladen; in 30 het voorbeeld van figuur 1 heeft de tandwiel-afsluiter vier bladen (afhankelijk van de uitgevoerde variant kan de tandwiel-afsluiter uitgerust zijn met drie, vier, vijf of 1004426 2 meer bladen). De tandwiel-afsluiter is vast verbonden met de as die op een lager steunt, geplaatst aan de zijwanden van de rotor. De zijvlakken en toppen van de volume-verdeler en de bladen van de tandwiel-afsluiter zijn voorzien van pak-5 kingen. De tandwiel-afsluiter is tevens voorzien van een synchronisatie mechanisme, waardoor het langs de volume-verdeler passeren van de tandwiel-afsluiter en de fixatie van de bladen in radiaalstand tijdens de arbeidsslag gewaarborgd wordt.Figure 1 shows a cross section (minimal variant 1x1) of the rotary, reversible, volume expansion machine. The expansion machine includes a stator and a rotor. The fixed part can be both rotor and stator. In this variant 20, the loose part of the expansion machine is stator 1 with fastening elements. The rotating rotor 2 is fixedly connected to axis of rotation 3. The stator is a cylinder with a volume distributor 4 placed on the inner wall, in which body an inflow channel of the active substance 5 and an outflow channel of the finished substance 6 are located. . If it is necessary to change the direction of rotation of the rotor, the functions of the inflow and outflow channels also change. A gear valve 7 with at least three blades is placed in the cylindrical recess of the rotor; in the example of figure 1, the gear valve has four blades (depending on the variant implemented, the gear valve may be equipped with three, four, five or 1004426 2 more blades). The gear valve is fixedly connected to the shaft that rests on a bearing, placed on the side walls of the rotor. The side faces and tops of the volume manifold and the blades of the gear valve are fitted with packings. The gear valve is also provided with a synchronization mechanism, which ensures that the gear valve passes through the volume distributor and the fixation of the blades in radial position during the work stroke.

10 Het arbeidsprincipe van de expansiemachine leidt tot het principe van de mechanische commutatie van het volume wanneer de tandwiel-afsluiter de volume-verdeler passeert. Bij instroom van de werkzame stof in instroomkanaal 5 ontstaat door de druk uitgeoefend op het blad van tandwiel-afsluiter 15 7, een draaimoment aan as 3 dat proportioneel is aan de druk van de werkzame stof in expansiekamer 8 en het doorsneevlak van de expansiekamer in de draairichting van de rotor aangegeven door een pijltje, hetgeen vervolgens leidt tot beweging van rotor 2. De andere (tweede) kant van het blad van 20 tandwiel-afsluiter 7 drijft de afgewerkte stof via uitstroomkanaal 6 uit. Bij verdere beweging van de rotor maakt de tandwiel-afsluiter, die langs volume-verdeler 4 gaat een draai van 90 graden tegengesteld aan de draairichting van de rotor en fixeert in radiaalstand door middel van 25 het synchronisatie mechanisme, en maakt aldus de opnieuw gevormde expansiekamer 8 gereed voor opname van een nieuwe portie (lading) werkzame stof. Bij verdere beweging van de rotor zullen de arbeidscycli zich als hierboven beschreven herhalen.10 The working principle of the expansion machine leads to the principle of the mechanical commutation of the volume when the gear valve passes the volume distributor. Upon inflow of the active substance into inflow channel 5, due to the pressure exerted on the blade of gear valve 15 7, a torque on shaft 3 is proportional to the pressure of the active substance in expansion chamber 8 and the cross-sectional area of the expansion chamber in the direction of rotation of the rotor indicated by an arrow, which subsequently leads to movement of rotor 2. The other (second) side of the blade of gear valve 7 expels the finished material via outflow channel 6. Upon further movement of the rotor, the gear valve passing past volume distributor 4 makes a 90 degree turn opposite to the rotational direction of the rotor and fixes in radial position by means of the synchronizing mechanism, thus making the reshaped expansion chamber 8 ready for absorption of a new portion (load) of active substance. With further movement of the rotor, the work cycles will repeat as described above.

30 Indien de expansiemachine als compressor of pomp wordt gebruikt, wordt in het instroomkanaal geperst gas of overgepompte vloeistof ingevoerd, terwijl het persgas of de overgepompte vloeistof wordt afgevoerd via het uitstroomkanaal .If the expansion machine is used as a compressor or pump, compressed gas or pumped liquid is introduced into the inflow channel, while the compressed gas or pumped liquid is discharged through the outflow channel.

35 Door het flexibele schema van de expansiemachine is het mogelijk een expansiemachine samen te stellen afhankelijk van de vereiste resultaten door de grote variatie die mogelijk is in het aantal arbeidscycli per asomwenteling. Zo bestaat er de variant van twee volume-verdelers en één 1 0 0 44 2 b 3 tandwiel-afsluiter of andersom, één volume-verdeler en twee tandwiel-afsluiters; twee volume-verdelers en drie tandwiel-afsluiters; drie volume-verdelers en twee tandwiel-afsluiters enz.Due to the flexible schedule of the expansion machine it is possible to assemble an expansion machine depending on the required results due to the large variation that is possible in the number of work cycles per shaft revolution. For example, there is the variant of two volume distributors and one 1 0 0 44 2 b 3 gear valve or vice versa, one volume divider and two gear valves; two volume dividers and three gear valves; three volume dividers and two gear valves etc.

5 N.B. Het aantal volume-verdelers en tandwiel-afsluiters mag niet gelijk zijn teneinde de slag bij zowel de omvorming van warmte-energie in mechanische energie als gebruik van de expansiemachine als compressor of pomp zo vloeiend mogelijk te krijgen.Note: The number of volume distributors and gear valves must not be the same in order to obtain the smoothest possible stroke in both the conversion of heat energy into mechanical energy and the use of the expansion machine as a compressor or pump.

1010

In figuur 2 is, als voorbeeld, een dwarsdoorsnede afgebeeld van variant 2x3 van de roterende, omkeerbare, volurae-expansiemachine. De expansiemachine omvat: een vast stator-huis met bed 15; rotor 17 die tezamen met as 10 draait; 15 tandwiel-af sluiters 9, 14 en 21; volume-verdelers 12 en 19, waarin zich instroomkanalen van de directe slag 11 en 20 en uitstroomkanalen van de directe slag 13 en 18 bevinden; expansiekamers 16 en 22. Bij omkering van de draairichting van de machine verandert de functie van de in- en 20 uitstroomkanalen. Volume-verdelers 12 en 19 zijn voorzien van pakkingen die langs het cilindrische oppervlak van de rotor, een deel van de tandwiel-afsluiters en de zijwanden van de rotor schuiven teneinde weglekken van de werkzame stof uit de expansie- c.q. compressiekamer tegen te gaan.Figure 2 shows, as an example, a cross-section of variant 2x3 of the rotary, reversible volurae expansion machine. The expansion machine includes: a fixed stator housing with bed 15; rotor 17 which rotates together with shaft 10; 15 gear valves 9, 14 and 21; volume distributors 12 and 19, which include inflow channels from the direct stroke 11 and 20 and outflow channels from the direct stroke 13 and 18; expansion chambers 16 and 22. When the direction of rotation of the machine is reversed, the function of the inflow and outflow channels changes. Volume dividers 12 and 19 are provided with gaskets that slide along the cylindrical surface of the rotor, part of the gear valves and the side walls of the rotor to prevent leakage of the active substance from the expansion or compression chamber.

25 Ook de toppen en zijvlakken van de bladen van de tandwiel-afsluiters zijn voorzien van een pakking. De tandwiel-afsluiters draaien in de cilindrische uithollingen van de rotors op lagers, die bevestigd zijn aan de zijwanden van de rotor.The tops and side surfaces of the blades of the pinch valves are also provided with a gasket. The gear valves rotate in the cylindrical recesses of the rotors on bearings, which are attached to the side walls of the rotor.

30 Bij het instromen van de werkzame stof in instroomkanaal 20 ontwikkelt de druk, uitgeoefend op het blad van de tandwiel-afsluiter 21, een kracht proportioneel aan de druk van de werkzame stof en het doorsneevlak van de expansiekamer in de draairichting van de rotor, aangegeven door een pijltje, 35 hetgeen vervolgens leidt tot beweging van de rotor. Bij verdere beweging van de rotor maakt tandwiel-afsluiter 14, die volume-verdeler 12 passeert, een draai van 90 graden tegengesteld aan de draairichting van de rotor en fixeert in loodrechte stand ten opzichte van de rotoras, en maakt zo -r o c- > r ; t v> O 1- 4 expansiekamer 16 gereed voor inname van werkzame stof. N.B. De toevoer van werkzame stof in kanaal 20 kan, afhankelijk van de bedri jfsmodus, totaan of na het bereiken van dit moment worden gestopt en begint de instroom van werkzame 5 stof in kanaal 11 met als resultaat dat de druk, uitgeoefend op het blad van tandwiel-afsluiter 14, leidt tot het voortbewegen van de rotor. Een verdere analoge cyclus wordt herhaald in expansiekamer 22, maar dan met tandwiel-afslui-ter 9. Iedere volgende arbeidscyclus, voor het gegeven 10 schema van de expansiemachine afgebeeld in figuur 2, zal plaatshebben iedere keer wanneer de rotor 60 graden gedraaid is met wisseling van de expansiekamer. N.B. Op het moment van aanvang van een nieuwe cyclus duurt de voorafgaande nog voort. Op deze manier vindt er een sommering van het - begin 15 en eind - draaimoment plaats. Het uitdrijven van de afgewerkte stof vindt plaats via uitstroomkanalen 13 en 18 na beëindiging van de arbeidscyclus.30 When the active substance flows into inflow channel 20, the pressure exerted on the blade of the gear valve 21 develops a force proportional to the pressure of the active substance and the cross-sectional area of the expansion chamber in the direction of rotation of the rotor, indicated by an arrow, which subsequently leads to movement of the rotor. Upon further movement of the rotor, gear valve 14, which passes through volume divider 12, makes a 90 degree turn opposite to the rotational direction of the rotor and fixes perpendicular to the rotor axis, thus making -ro c-> r; t v> O 1- 4 expansion chamber 16 ready for active substance intake. NB Depending on the operating mode, the supply of active substance in channel 20 can be stopped until or after this moment has been reached and the influx of active substance into channel 11 starts, with the result that the pressure exerted on the blade of gear valve 14 leads to propulsion of the rotor. A further analog cycle is repeated in expansion chamber 22, but with gear valve 9. Each subsequent cycle, for the given expansion machine schematic shown in Figure 2, will occur each time the rotor is rotated 60 degrees with alternation of the expansion chamber. Note: At the start of a new cycle, the previous one continues. In this way, a summation of the - start 15 and end - torque takes place. The expulsion of the finished fabric takes place via outflow channels 13 and 18 after the end of the working cycle.

Uit bovenstaande volgt dus dat voor de variant gegeven in figuur 1 per rotoromwenteling zes arbeidscycli verwezenlijkt 20 worden.It therefore follows from the above that for the variant given in Figure 1, six work cycles are carried out per rotor revolution.

Indien het nodig is de draairichting van de rotor te veranderen, dan verandert de functie van de in- en uitstroomkanalen mee, dat wil zeggen dat kanalen 13 en 18 instroomkanalen en kanalen 11 en 20 uitstroomkanalen worden. 25 De vorm en afmetingen van de volume-verdelers worden dusdanig gekozen dat het oppervlak van het blad van de tandwiel-afsluiter direct contact kan hebben met het grootste deel van het vlak van de volume-verdeler, waardoor nuttige arbeid kan worden verricht tot het moment van direct contact van 30 het blad met de volume-verdeler bij compressie of uitdrijving of vanaf het moment van direct contact met de volume-verdeler bij expansie, terwijl in de vorm van het blad van de tandwiel-afsluiter de krommingsstraal van de rotor wordt voortgezet, waardoor, dit alles bij elkaar genomen, het 35 niet-produktieve deel van het beginvolume kan worden geminimaliseerd.If it is necessary to change the direction of rotation of the rotor, the function of the inflow and outflow channels also changes, i.e. channels 13 and 18 become inflow channels and channels 11 and 20 become outflow channels. The shape and dimensions of the volume distributors are chosen so that the surface of the gear valve blade can have direct contact with most of the volume of the volume divider, allowing useful work to be done until the moment from direct contact of the blade with the volume divider on compression or extrusion or from the moment of direct contact with the volume divider on expansion, while in the form of the blade of the gear valve, the radius of curvature of the rotor is continued which, taken all this together, minimizes the non-productive portion of the initial volume.

10044261004426

Claims

1. The rotary, reversible, volume expansion machine contains a fixed stator in which a volume divider is placed - channels for the inflow of the active substance and the outflow of the finished substance, a rotor rotating together with a shaft , a gear valve, an expansion chamber which - with the aim of increasing the efficiency and simplifying the construction, reducing the specific gravity per unit of force and increasing the reliability of the work and increasing the service life - is characterized by a gear valve placed in the circular cylindrical recesses of the rotor, which when it passes the volume divider, turns at an angle determined by the number of blades and thus forms the next expansion chamber for the intake and enlargement of the active substance and as the volume moves further away from the volume divider, the expansion chamber increases proportionally to the angle of rotation of the rotor and on the shaft, independently depending on the angle of rotation of the rotor, a force develops proportional to the pressure in the expansion c.g. compression chamber;

2. The expansion machine mentioned under point 1. is characterized by the fact that the expansion chamber is formed at least by one volume distributor between rotor and stator, in which there is an inflow channel for the active substance and an outflow channel for the finished substance, each channel having a double function depending on the direction of rotation of the rotor and by means of at least one gear valve;

3. The expansion machine mentioned under points 1. and 2. is characterized by the fact that the surface of the blades 35 of the gear valves gua shape continue the surface of the radius of curvature of the rotor, so to speak, as an extension thereof;

4. The expansion machine mentioned under points 1., 2. and 3. is characterized by the fact that the number of volume 1004426 distributors and gear valves is determined by embodiments of the expansion machine and can form the most different combinations;

5. The expansion machine mentioned under points 1., 2., 3. 5 and 4. is characterized by the fact that the rotor and stator are both symmetrical and asymmetrical, regardless of the number of volume distributors and gear valves;

6. The expansion machine mentioned under points 1., 2., 3., 4. and 5. is characterized by the fact that the blades of the gear valves are fixed in a perpendicular position with respect to the shaft after passing along the volume divider have gone;

7. The expansion machine mentioned under points 1., 2., 3., 15 4., 5., and 6. is characterized by the fact that the number of work cycles per rotor revolution is the product of the number of volume distributors on the number of gear valves;

8. The expansion machine mentioned under points 1., 2., 3., 20 4., 5., 6., and 7. is characterized by the fact that, in order to obtain maximum efficiency, the supply of active substance in the expansion chamber does not continue throughout the working cycle, but until a certain rotational angle of the rotor is reached, which is ensured by maximum use of the active substance, which is determined by the operating mode of the expansion machine. 1004426