MKP FOlc // / Opublikowano: 15.V.1970 UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Adam Zyzak Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Maszyna robocza lub silnik z dwoma zebatymi wirnikami Przedmiotem wynalazku jest maszyna robocza lub silnik z dwam zebatymi wirnikami, przeznaczo¬ na w wersji silnika do zamiany energii cieplnej gazu na prace mechaniczna, zas w wersji sprezarki do zamiany pracy mechanicznej w energie .cieplna gazu.Znane maszyny robocze dwuwirnikowe w wersji sprezarek wykonywane sa, jako sprezarki z wiru¬ jacymi tlokami, sprezarki krzywkowe oraz sprezar¬ ki srubowe, natomiast w wersji silników, jako silniki zebate o zazebieniu prostym, skosnym, daszkowym i srubowym. We wszystkich dotychczasowych roz¬ wiazaniach zarówno silników jak i sprezarek sto¬ suje sie pelne profile zebów o jednakowych wyso¬ kosciach tak, aby slizgaly sie po cylindrycznych scianach komór calymi dlugosciami swoich wierz¬ cholków i dzielily obszary ich na przestrzenie ro¬ bocze w obszarach miedzyzebnych. Wspólpracujace ze soba zazebienia wirników spelniaja wiec role wirujacych tloków, które w silnikach odcinaja po¬ szczególnymi zebami przestrzenie rozprezajace czyli ekspansyjne czynnika, natomiast w sprezarkach wytwarzaja przed poszczególnymi parami zebów wzdluz ich wspólnych linii przyporu przestrzenie sprezajace czynnik czyli kompresyjne. Przy tym wloty i wyloty czynnika sa w przestrzeniach ro¬ boczych regulowane tylko ruchem zebów, przesla¬ niajacych lub odslaniajacych przeplywy, a wiec nie sa sterowane. Powoduje to wystepowanie w przestrzeniach miedzyzebnych, czyli bruzdach wir- 25 30 ników, stalych przestrzeni martwych. Tak budowa¬ ne maszyny wirujace maja ograniczona sprawnosc ze wzgledu na niekorzystne parametry termodyna¬ miczne cyklu pracy zarówno jako sprezarki, jak tez jako silniki. Poza tym komplikuje to znacznie bu¬ dowe ich pod wzgledem sprawnosci mechanicznej, na co wplywaja: nierównomiernosc obciazen pro¬ mieniowych, opory tarcia, niedokladnosci profilów zebów i stopien równoleglosci osi wirników.Znane sa konstrukcje, w których usunieto nie¬ które cechy ujemne omawianych maszyn lub zmniejszano ich ujemne wplywy. Do takich nalezy na przyklad silnik, w którym przez wydluzenie ka¬ towe bocznych otworów wylotowych czynnika uzys¬ kano lepsze opróznianie przestrzeni komór robo¬ czych wplywem niesterowanym, zachowujac nadal przy tym klasyczna budowe silnika. Innym przy¬ kladem udoskonalonego rozwiazania jest silnik, w którym boczne pokrywy sa zaopatrzone w rowki odciazajace dla zredukowania szkodliwego dzialania przestrzeni martwych przy przyporze miedzyzeb- nym, przy czym wloty i wyloty czynnika sa umiesz¬ czone symetrycznie w bocznym kadlubie, natomiast calosc silnika mu budowe klasyczna.Wszystkie znane konstrukcje wykazuja jednak nadal wiele istotnych wad i niedomagan. Przede wszystkim w silnikach ograniczona ekspansja czynnika gazowego zmniejsza ich sprawnosc. Spre¬ zarki dwukierunkowe wymagaja niezwykle doklad¬ nej obróbki wirników o skomplikowanych czesto 5966559665 ksztaltach, szczególnie dla wysokich cisnien spre¬ zenia. Poza tym, wada tych sprezarek jest koniecz¬ nosc napedzania obu wirników. Silniki zebate o za¬ zebieniu prostym cechuje stosunkowo dobra szczel¬ nosc przy zastosowaniu dokladnej obróbki zebów i pOWteraehnl komór, natomiast silniki zebate o za¬ zebieniu skosnym i daszkowym cechuja sie niska sprawnoscia na skutek duzych strat energii spowo¬ dowanych niedostateczna szczelnoscia, Jednak wszystkie silniki zebate przy cisnieniach robo¬ czych gazu urzedu 5 ata rzadko osiagaja sprawnosci izotermiczne rzedu 40°/o. Silniki o zazebieniu sru¬ bowym, które maja wyzsze sprawnosci, sa bardzo trudne do wykonania i kosztowne oraz wymagaja specjalnych lozyskowan. Wreszcie wszystkie znane maszyny wirujace maja nierównomierne obciazenie lozysk, powodowane uderzeniami pulsujacymi czyn¬ nika gazowego.Celem wynalazku jest usuniecie lub zmniejszenie wplywu wszystkich wskazanych wad maszyn wi¬ rujacych, przez zastosowanie nowego rozwiazania konstrukcyjnego, odmiennego od dotychczas zna¬ nych.Istota wynalazku polega na tym, ze kazdy z dwóch wirników ma jeden lub wiecej rozstawie^ nych symetrycznie prostych odcinajacych zebów pelnych, przylegajacych na calej swej dlugosci wierzcholkami do sciany cylindrycznej komory, a pozostale zeby maja skrócone wierzchloki, które przy wspólpracy tworza przestrzenie robocze o zmiennej objetosci ograniczone linia ich przypo^ ru oraz dwoma najblizszymi odcinajacymi zebami, przy czym zeby odcinajace w wirnikach sa usta¬ wione wzgledem siebie symetrycznie zazebiajac sie ze soba; Jednoczesnie na walkach wirników sa osa¬ dzone tarcze rozrzadcze, wyposazone w otwory lub wyciecia w ilosci odpowiadajacej ilosci odcinaja¬ cych zebów wirnika, które lacza okresowo prze¬ strzenie robocze z dolotowym kanalem wysokiego cisnienia.Odmiana urzadzenia ma wirniki ze wszystkimi zebami, o obnizonych wierzcholkach i poglebionych bruzdach, a zeby odcinajace sa zaopatrzone w usz¬ czelniajace wkladki.Maszyne robocza wedlug wynalazku cechuje pro¬ sta konstrukcja zapewniajaca przy tym duza sprawnosc cieplna i mechaniczna oraz spokojny bieg bez uderzen przeciazajacych lozyska. Jako sprezarka jednostopniowa moze pracowac ona w zakresie wydajnosci od 100 do 5000 m3/godz. i przy cisnieniach sprezania nie przekraczajacych 4 ata, jako silnik' przy cisnieniach dolotowych nie prze¬ kraczajacych 8 ata i mocach rzedu 10 do 200 kW, Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony sche¬ matycznie w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig, 1 przedstawia przekrój poprzeczny silnika, a fig. 2 — przekrój podluzny wzdluz linii A—A pokazanej na fig. 1.Korpus silnika ma dwie cylindryczne komory 1, w których sa umieszczone dwa zebate wirniki 2 o zazebieniu prostym, osadzone na walakch 3 o rów¬ noleglych osiach. Kazdy z wirników 2 ma jeden lub wiecej rozstawionych symetrycznie prostych odcinajacych zebów 4 i 4% przylegajacych na calej swej dlugosci wierzcholkami do scian cylindrycz¬ nych komór 1, a pozostale zeby 5 maja w srodko¬ wej czesci podluzne wyciecia 5a» Na walku 3 jest zamocowana takze rozrzadcza tarcza 6 zaopatrzona 5 w otwory 7 lub wyciecia na obwodzie. Tarcza 6 obraca sie wraz z wirnikiem 2 i laczy okresowo Wlotowy kanal 8 wysokiego cisnienia z robocza przestrzenia 9 poprzez wlotowe okno 10 W korpusie Silnika. Po przeciwnej stronie kanalu 8 wysokiego io cisnienia znajduje sie w korpusie wylotowy kanal 11.Wirniki 2 moga miec takze odmienna konstruk¬ cje polegajaca na tym, ze wszystkie zeby maja jednakowy ksztalt i nie przylegaja do sciany cylin- 15 drycznej komory 1, natomiast odcinajace zeby 4 i 4' zaopatrzone sa w uszczelniajace wkladki, przy¬ legajace na calej swej dlugosci do sciany komory 1, a wspólpracujace z nimi bruzdy miedzyzebne drugiego wirnika 2 sa poglebione. 20 W momencie gdy otwór 7 rozrzadczej tarczy 6 pokryje sie z wlotowym oknem 10, sprezony gaz poprzez wlotowy kanal 8 napelnia robocza prze¬ strzen 9, której zmienna objetosc jest ograniczona Odcinajacymi zebami 4 i 4* obu wirników 2 oraz 2g linia 12 prz^pOru zebów 5. Wlatdwfc Gkno 10 oraz otwór 7 rozrzadczej tarczy 6 sa tak usytuowane, ze napelnianie roboczej przestrzeni 9 rozpoczyna sie z chwila, gdy zab 4* minie krawedz 13 komory 1.Napelnianie trwa poprzez wyciecia 5a w zebach 5 30 az do chwili, w której otwór 7 tarczy 6 przesunie sie poza wlotowe okno 10. Z t^ chwila rozpoczyna sie rozprezanie gazu zawartego w roboczej prze¬ strzeni 9 i trwa az do momentu, gdy zab 4' kolej¬ nej roboczej przestrzeni 9 osiagnie krawedz 13. Wy- 33 dech gazu rozpoczyna sie gdy zeby 4 i 4' odslonia otwór wlotowego kanalu 11.Dzialanie maszyny w wersji sprezarki jest od¬ wrotne. PL