PL196178B3 - Maszyna wirnikowo-wyporowa - Google Patents

Abstract

Maszyna wirnikowo-wyporowa posiadająca cztery równoległe wałki łożyskowane w obudowie i rozmieszczone w ten sposób, że ich osie w przekroju normalnym przechodzą przez wierzchołki kwadratu o boku długości a, i na czopach tych wałków osadzone są jednakowe koła zębate współpracujące z jednym centralnym kołem zębatym w ten sposób, że wszystkie wałki obracają się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością kątową i na czterech wałkach osadzone są współosiowo cztery jednakowe wirniko-tłoki, a każdy wirniko-tłok stanowi bryłę, której powierzchnia boczna jest powierzchnią śrubową, utworzoną przez obrót dookoła osi, ze stałą prędkością kątową, o kąt około 180°, z jednoczesnym przesunięciem wzdłuż tej osi, figury płaskiej leżącej w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi i zbudowanej z dwóch jednakowych łuków kołowych o kącie środkowym równym 90° i długości promienia r równej długości a boku kwadratu, położonych symetrycznie względem osi i połączonych ze sobą końcami, a bryła każdego wirniko-tłoka posiada jedną lub dwie płaskie powierzchnie krańcowe prostopadłe do jej osi, którymi wirniko-tłoki przylegają do jednej lub dwóch, płaskich powierzchni obudowy,............................., znamienna tym, że kąt (d) o jaki musi obrócić się płaska figura (F) dookoła osi wirniko-tłoka (1) przy tworzeniu jego powierzchni bocznej śrubowej w części podstawowej (Sp) jest większy od 180°, a jednoczesne przesunięcie tej figury (F) wzdłuż osi wirniko-tłoka (1) odbywa się ruchem przyśpieszonym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest maszyna wirnikowo-wyporowa, stosowana w budowie silników gazowych i sprężarek.

Znana jest maszyna wirnikowo-wyporowa, według patentu polskiego nr 194 584. Maszyna ta posiada cztery równoległe wałki łożyskowane w obudowie i rozmieszczone w ten sposób, że ich osie w przekroju normalnym przechodzą przez wierzchołki kwadratu o boku długości a . Na czopach tych wałków osadzone są jednakowe koła zębate współpracujące z jednym centralnym kołem zębatym tak, że wszystkie wałki obracają się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością kątową. Na wałkach osadzone są współosiowo cztery jednakowe wirniko-tłoki, przy czym każdy wirniko-tłok stanowi bryłę, której powierzchnia boczna jest powierzchnią śrubową, utworzoną przez obrót dookoła osi, ze stałą prędkością kątową, o kąt około 180° i z jednoczesnym przesunięciem wzdłuż tej osi, figury płaskiej leżącej w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi. Figura ta zbudowana jest z dwóch jednakowych łuków kołowych o kącie środkowym równym 90° i długości promienia r równej długości a boku kwadratu, położonych symetrycznie względem osi i połączonych ze sobą końcami. Bryła każdego wirniko-tłoka posiada jedną lub dwie płaskie powierzchnie krańcowe prostopadłe do jej osi, którymi wirniko-tłoki przylegają do jednej lub dwóch, płaskich powierzchni obudowy, poprzecznych względem wałków. W powierzchniach tych, centralnie względem osi czterech wałków i równolegle do nich, wykonane są otwory stanowiące kanały dla przepływającego przez maszynę czynnika roboczego. Bryła każdego wirniko-tłoka jest przedłużona wzdłuż osi przez dodanie do jej pierwotnej podstawowej części, od strony przylegających płaskich powierzchni obudowy, jednakowych dla wszystkich wirniko-tłoków segmentów domykających. Powierzchnia boczna śrubowa segmentu domykającego jest kontynuacją powierzchni śrubowej pierwotnej podstawowej części wirniko-tłoka, a figura płaska wyznaczająca w swoim złożonym ruchu tę powierzchnię, mająca w obrębie pierwotnej podstawowej części postać figury składającej się z dwóch łuków kołowych, przechodzi w obrębie segmentu domykającego w owal, który daje się wpisać w kwadrat o boku długości a . Owal ten zbudowany jest z czterech łuków kołowych o kącie środkowym równym 90°, przy czym długość promienia łuku małego owalu, w miarę oddalania się od płaszczyzny połączenia segmentu domykającego z pierwotną podstawową częścią wirniko-tłoka, stopniowo wzrasta od wartości równej zero, tak by w płaszczyźnie powierzchni krańcowej przedłużonego wirniko-tłoka, przylegającej do płaskiej powierzchni obudowy, osiągnąć wartość większą od długości promienia otworu wykonanego centralnie w tej powierzchni.

Istotą maszyny wirnikowo-wyporowej posiadającej cztery równoległe wałki łożyskowane w obudowie i rozmieszczone w ten sposób, że ich osie w przekroju normalnym przechodzą przez wierzchołki kwadratu o boku długości a, i na czopach tych wałków osadzone są jednakowe koła zębate współpracujące z jednym centralnym kołem zębatym w ten sposób, że wszystkie wałki obracają się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością kątową, i na czterech wałkach osadzone są współosiowo cztery jednakowe wirniko-tłoki, a każdy wirniko-tłok stanowi bryłę, której powierzchnia boczna jest powierzchnią śrubową, utworzoną przez obrót dookoła osi, ze stałą prędkością kątową, o kąt około 180°, z jednoczesnym przesunięciem wzdłuż tej osi, figury płaskiej leżącej w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi i zbudowanej z dwóch jednakowych łuków kołowych o kącie środkowym równym 90° i długości promienia r równej długości a boku kwadratu, położonych symetrycznie względem osi i połączonych ze sobą końcami, a bryła każdego wirniko-tłoka posiada jedną lub dwie płaskie powierzchnie krańcowe prostopadłe do jej osi, którymi wirniko-tłoki przylegają do jednej lub dwóch, płaskich powierzchni obudowy, poprzecznych względem wałków, w których to powierzchniach obudowy, centralnie względem osi czterech wałków i równolegle do nich, wykonane są otwory stanowiące kanały dla przepływającego przez maszynę czynnika roboczego i bryła każdego wirniko-tłoka jest przedłużona wzdłuż osi przez dodanie do jej pierwotnej podstawowej części od strony przylegających płaskich powierzchni obudowy, jednakowych dla wszystkich wirniko-tłoków segmentów domykających, przy czym powierzchnia boczna śrubowa segmentu domykającego jest kontynuacją powierzchni śrubowej pierwotnej podstawowej części wirniko-tłoka, a figura płaska wyznaczająca w swoim złożonym ruchu tę powierzchnię śrubową, mająca w obrębie pierwotnej podstawowej części postać figury składającej się z dwóch łuków kołowych, przechodzi w obrębie segmentu domykającego w owal, który daje się wpisać w kwadrat o boku długości a i zbudowany jest z czterech łuków kołowych o kącie środkowym równym 90°, przy czym długość promienia łuku małego owalu, w miarę oddalania się od płaszczyzny połączenia segmentu domykającego z pierwotną podstawową częścią wirniko-tłoka, stopniowo wzrasta od wartości równej zero, tak by w płaszczyźnie powierzchni krańcowej przedłużonego wirnikoPL 196 178 B3

-tłoka, przylegającej do płaskiej powierzchni obudowy, osiągnąć wartość większą od długości promienia otworu wykonanego centralnie w tej powierzchni, według patentu nr 194 584, jest to, że kąt o jaki musi obrócić się płaska figura dookoła osi wirniko-tłoka przy tworzeniu jego powierzchni bocznej śrubowej w części podstawowej jest większy od 180°, a jednoczesne przesunięcie tej figury wzdłuż osi wirniko-tłoka odbywa się ruchem przyśpieszonym.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że wirniko-tłoki swoimi płatami tworzą zamkniętą przestrzeń, w której odcinają porcje strugi przepływającego przez maszynę gazu. Objętość tej przestrzeni zmienia się wraz z obrotem wirniko-tłoków. Pozwala to na wewnętrzne rozprężanie lub sprężanie gazu, w zależności od zastosowania maszyny w budowie silnika gazowego lub sprężarki.

Wynalazek został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny A-A maszyny w zastosowaniu silnikowym, fig. 2 - przekrój poprzeczny łamany B-B maszyny w zastosowaniu silnikowym, fig. 3 - pojedynczy wirniko-tłok w widoku bocznym, fig. 4 - przekrój poprzeczny A-A wirniko-tłoka na wysokości segmentu domykającego, fig. 5 - przekrój poprzeczny B-B wirniko-tłoka w płaszczyźnie połączenia części podstawowej z segmentem domykającym, a fig. 6 - pojedynczy wirniko-tłok w rzucie aksonometrycznym.

Maszyna wirnikowo-wyporowa zastosowana w budowie silnika gazowego składa się z czterech jednakowych wirniko-tłoków 1 osadzonych współosiowo na czterech równoległych wałkach 2. Wałki te łożyskowane są w obudowie 3 i rozmieszczone w taki sposób, że ich osie, w przekroju normalnym przechodzą przez wierzchołki kwadratu o długości boku a. Na czopach tych wałków osadzone są jednakowe koła zębate 4 współpracujące z jednym centralnym kołem zębatym 5 w postaci pierścienia o uzębieniu wewnętrznym. Dzięki takiemu sprzężeniu wszystkie wirniko-tłoki obracają się w tym samym kierunku, z taką samą prędkością kątową. Pierścień centralnego koła zębatego 5 ma także uzębienie po stronie zewnętrznej, którym to zazębia się z kołem zębatym 6 osadzonym na wałku wyprowadzającym napęd z silnika. Każdy wirniko-tłok 1 posiada płaską powierzchnię krańcową Pk prostopadłą do jego osi, którą przylega do poprzecznej względem wałków 2, płaskiej powierzchni Po obudowy 3. W płaskiej powierzchni obudowy Po, centralnie względem osi czterech wałków 2i równolegle do nich, wykonany jest otwór Ot stanowiący kanał dolotowy sprężonego gazu. Powierzchnia boczna bryły wirniko-tłoka 1w jego części podstawowej Sp jest powierzchnią śrubową, utworzoną przez obrót dookoła osi, o kąt d równy 270° ze stałą prędkością kątową i z jednoczesnym przesunięciem wzdłuż tej osi, ruchem jednostajnie przyśpieszonym, figury F płaskiej, leżącej w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi. Figura F zbudowana jest z dwóch jednakowych łuków kołowych o kącie środkowym równym 90° i długości promienia r równej długości a boku kwadratu. Łuki te położone są symetrycznie względem osi wirniko-tłoka 1, i połączone ze sobą końcami. Ruch jednostajnie przyśpieszony figury F wzdłuż osi podczas tworzenia powierzchni bocznej części podstawowej Sp wirniko-tłoka sprawia, że kąt r pomiędzy styczną do krawędzi tej powierzchni, na zewnętrznej średnicy wirniko-tłoka 1, a płaszczyzną normalną do osi, nie jest stały i wzrasta wzdłuż tej krawędzi. Z częścią podstawowa Sp bryły wirniko-tłoka połączony jest segment Sd domykający, stanowiący przedłużenie części podstawowej Sp wzdłuż osi, od strony płaskiej przylegającej powierzchni Po obudowy 3. Powierzchnia boczna śrubowa takiego segmentu jest kontynuacją powierzchni śrubowej pierwotnej podstawowej części Sp wirniko-tłoka 1, przy czym figura płaska wyznaczająca w swoim złożonym ruchu tę powierzchnię, mająca w obrębie pierwotnej podstawowej części Sp postać figury F składającej się z dwóch łuków kołowych, przechodzi w obrębie segmentu Sd w owal F'. Owal, który daje się wpisać w kwadrat o boku długości a i zbudowany jest z czterech łuków kołowych o kącie środkowym równym 90°. Długość promienia łuku małego rm w owalu F ', w miarę oddalania się od płaszczyzny połączenia segmentu Sd z podstawową częścią Sp wirniko-tłoka, stopniowo wzrasta. W płaszczyźnie połączenia długość ta wynosi zero, a w płaszczyźnie krańcowej Pk przedłużonego wirniko-tłoka, przylegającej do płaskiej powierzchni obudowy Po, osiąga wartość większą od długości promienia otworu Ot wykonanego centralnie w tej powierzchni.

Maszyna wirnikowo-wyporowa według wynalazku zastosowana w silniku gazowym działa w ten sposób, że cztery wirniko-tłoki 1 stykając się wzajemnie tworzą między sobą kanał, który biegnie centralnie wzdłuż osi maszyny i stanowi przedłużenie otworu Ot. Kanał ten przedzielany jest jedną lub dwoma przegrodami tworzonymi przez płaty wirniko-tłoków 1. Przegrody te występują w miejscach, w których krawędzie płatów czterech wirniko-tłoków 1 osiągają największe zbliżenie do osi maszyny. Przy obracających się wirniko-tłokach 1 formowanie przegrody następuje na wysokości płaszczyzny połączenia części podstawowych Sp wirniko-tłoków 1 z ich segmentami Sd domykającymi. Powstałe przegrody przesuwają się wzdłuż dzielonego przez się kanału, ruchem przyśpieszonym, oddalając się

PL 196 178 B3 od ujścia otworu Ot. Po osiągnięciu skrajnego położenia na wysokości powierzchni czołowych wirniko-tłoków 1 ulegają one likwidacji. Sprężony gaz doprowadzany do otworu Ot napiera na nowo utworzoną przegrodę powodując obrót wirniko-tłoków 1 i oddalanie się przegrody od otworu Ot. Po obrocie wirniko-tłoków 1 o kąt 180° formowana jest następna przegroda, która podobnie jak poprzednia poddawana jest działaniu sprężonego gazu. Pomiędzy przegrodami poprzednią, a nowo utworzoną zamykana jest pewna porcja sprężonego gazu. Ponieważ, przegroda tworzona później przemieszcza się wolniej, przestrzeń między przegrodami powiększa swoją objętość pozwalając na rozprężanie zamkniętej w niej porcji gazu i przekazywanie energii ciśnienia na obracające się wirniko-tłoki 1. Po osiągnięciu przez pierwszą przegrodę położenia skrajnego, ulega ona likwidacji, a rozprężony gaz wypychany jest następną przemieszczającą się przegrodą na zewnątrz kanału do przestrzeni otaczającej wirniko-tłoki 1. W tym czasie następuje formowanie kolejnej przegrody, odcinającej następną porcję sprężonego gazu. Obracające się wirniko-tłoki 1 poprzez koła zębate 4, 5 i 6 przekazują napęd na wałek wyjściowy silnika.

Claims (1)

1. Maszyna wirnikowo-wyporowa posiadająca cztery równoległe wałki łożyskowane w obudowie i rozmieszczone w ten sposób, że ich osie w przekroju normalnym przechodzą przez wierzchołki kwadratu o boku długości a, i na czopach tych wałków osadzone są jednakowe koła zębate współpracujące z jednym centralnym kołem zębatym w ten sposób, że wszystkie wałki obracają się w tym samym kierunku i z tą samą prędkością kątową i na czterech wałkach osadzone są współosiowo cztery jednakowe wirniko-tłoki, a każdy wirniko-tłok stanowi bryłę, której powierzchnia boczna jest powierzchnią śrubową, utworzoną przez obrót dookoła osi, ze stałą prędkością kątową, o kąt około 180°, z jednoczesnym przesunięciem wzdłuż tej osi, figury płaskiej leżącej w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi i zbudowanej z dwóch jednakowych łuków kołowych o kącie środkowym równym 90° i długości promienia r równej długości a boku kwadratu, położonych symetrycznie względem osi i połączonych ze sobą końcami, a bryła każdego wirniko-tłoka posiada jedną lub dwie płaskie powierzchnie krańcowe prostopadłe do jej osi, którymi wirniko-tłoki przylegają do jednej lub dwóch, płaskich powierzchni obudowy, poprzecznych względem wałków, w których to powierzchniach obudowy, centralnie względem osi czterech wałków i równolegle do nich, wykonane są otwory stanowiące kanały dla przepływającego przez maszynę czynnika roboczego i bryła każdego wirniko-tłoka jest przedłużona wzdłuż osi przez dodanie do jej pierwotnej podstawowej części od strony przylegających płaskich powierzchni obudowy, jednakowych dla wszystkich wirniko-tłoków segmentów domykających, przy czym powierzchnia boczna śrubowa segmentu domykającego jest kontynuacją powierzchni śrubowej pierwotnej podstawowej części wirniko-tłoka, a figura płaska wyznaczająca w swoim złożonym ruchu tę powierzchnię śrubową, mająca w obrębie pierwotnej podstawowej części postać figury składającej się z dwóch łuków kołowych, przechodzi w obrębie segmentu domykającego w owal, który daje się wpisać w kwadrat o boku długości a i zbudowany jest z czterech łuków kołowych o kącie środkowym równym 90°, przy czym długość promienia łuku małego rm owalu, w miarę oddalania się od płaszczyzny połączenia segmentu domykającego z pierwotną podstawową częścią wirniko-tłoka, stopniowo wzrasta od wartości równej zero, tak by w płaszczyźnie powierzchni krańcowej przedłużonego wirniko-tłoka, przylegającej do płaskiej powierzchni obudowy, osiągnąć wartość większą od długości promienia otworu wykonanego centralnie w tej powierzchni, według patentu nr 194 584, znamienna tym, że kąt (d) o jaki musi obrócić się płaska figura (F) dookoła osi wirniko-tłoka (1) przy tworzeniu jego powierzchni bocznej śrubowej w części podstawowej (Sp) jest większy od 180°, a jednoczesne przesunięcie tej figury (F) wzdłuż osi wirniko-tłoka (1) odbywa się ruchem przyśpieszonym.