RU103570U1

RU103570U1 - ROTARY-VAN ENGINE

Info

Publication number: RU103570U1
Application number: RU2010144336/06U
Authority: RU
Inventors: Гагарин Джаншикович Арутюнян
Original assignee: Чураков Сергей Юрьевич
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2011-04-20

Abstract

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус, в котором установлен цилиндрический ротор с образованием между внешней его поверхностью и внутренней поверхностью корпуса, по меньшей мере, одной расширительной камеры, имеющей, по меньшей мере, одно впускное отверстие для подвода рабочего вещества под высоким давлением в камеру и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для отвода рабочего вещества с пониженным давлением из камеры, при этом на роторе установлены лопасти с возможностью их взаимодействия с потоком рабочего вещества и передачи вращательного движения на ротор, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса контактирует с внешней поверхностью ротора в зоне его двух диаметрально противоположных участков с образованием двух расширительных камер, лопасти установлены в радиальных пазах ротора и подпружинены в сторону внутренней поверхности корпуса. ! 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего вещества используют двуокись углерода под высоким давлением. ! 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждая камера выполнена с, по меньшей мере, двумя впускными и двумя выпускными отверстиями с возможностью попеременного закрытия одной пары впускного и выпускного отверстий при открытом состоянии другой пары для обеспечения реверсивного вращения двигателя. 1. Rotary vane engine containing a housing in which a cylindrical rotor is installed with the formation between its outer surface and the inner surface of the housing, at least one expansion chamber having at least one inlet for supplying a working substance under high pressure in the chamber and at least one outlet for discharging the working substance with reduced pressure from the chamber, while the blades are mounted on the rotor with the possibility of their interaction with the flow of the working substance and transmitting rotational motion to the rotor, characterized in that the inner surface of the housing contacts the outer surface of the rotor in the area of its two diametrically opposite sections with the formation of two expansion chambers, the blades are installed in the radial grooves of the rotor and spring-loaded towards the inner surface of the housing. ! 2. The engine according to claim 1, characterized in that carbon dioxide under high pressure is used as a working substance. ! 3. The engine according to claim 1, characterized in that each camera is made with at least two inlet and two outlet openings with the possibility of alternately closing one pair of inlet and outlet openings when the other pair is open, to provide reverse rotation of the engine.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к роторно-лопастным двигателям, в которых в качестве рабочего вещества используют сжатый газ или жидкость под высоким давлением.The utility model relates to engine building, in particular to rotary vane engines in which compressed gas or liquid under high pressure is used as a working substance.

Из уровня техники известен пневмогидростатический двигатель, включающий первую емкость, коленчатый вал с маховиком и опорами коренных подшипников, шатуны, поршни-понтоны, вторую емкость, заполненную водой, расположенные ниже коленчатого вала, подводящие и отводящие трубы, впускной и выпускной клапаны, распределительное устройство, например распределительный вал с впускным кулачком, направляющий стержень, а поршень-понтон снабжен направляющей втулкой и кронштейном, при этом первая емкость заполнена сжатым газом, например сжатым воздухом, а поршень-понтон выполнен в виде газонаполняемой камеры с возможностью изменять свой «погружной» объем под действием гидростатического давления, например, в виде «колокола» (RU 22804 U1, 27.04.2002).A pneumohydrostatic engine is known from the prior art, including a first tank, a crankshaft with a flywheel and bearings of main bearings, connecting rods, pistons, pontoons, a second tank filled with water, located below the crankshaft, inlet and outlet pipes, inlet and outlet valves, a switchgear, for example, a camshaft with an intake cam, a guide rod, and a pontoon piston equipped with a guide sleeve and an arm, while the first container is filled with compressed gas, for example compressed air ohm, and the piston-pontoon is made in the form of a gas-filled chamber with the ability to change its "submersible" volume under the influence of hydrostatic pressure, for example, in the form of a "bell" (RU 22804 U1, 04/27/2002).

Из уровня техники известен роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус с боковыми крышками, размещенные внутри корпуса лопасти, образующие рабочие камеры, и механизм качания лопастей, кинематически связанный с выходным валом, при этом на лопастях шарнирно установлены качающиеся поршни, сочленные концами в шарнирный четырехзвенник (SU 870755, 07.10.1981).A rotary vane engine is known from the prior art, comprising a cylindrical casing with side covers located inside the casing of the blade, forming working chambers, and a swing mechanism of the blades kinematically connected to the output shaft, while the blades are pivotally mounted on the blades articulated by the ends into an articulated four-link (SU 870755, 10/07/1981).

Наиболее близким к заявляемому является роторно-лопастной двигатель, работающий преимущественно на сжатом газе, содержащий неподвижный корпус, размещенный в нем внешний полый ротор с жестко закрепленными на его внутренней цилиндрической поверхности лопастями, соосный ему внутренний ротор с лопастями, жестко соединенными с валом, замкнутые лопасти, образованные указанными лопастями, выходной вал, связанный с каждым из роторов посредством механизма суммирования движения, золотниковое распределительное устройство с распределительными окнами и механизм перемещения золотника. Золотник выполнен в виде гильзы с отверстиями, установленной с возможностью осевого перемещения на внешнем роторе, в цилиндрической стенке которого выполнены распределительные окна, а на наружной поверхности золотника в двух плоскостях, перпендикулярных оси, выполнены два эксцентричных паза, концы которых соединены между собой наклонными скосами, причем механизм перемещения золотника содержит жестко связанный с внутренним ротором подпружиненный ползун, вставленный в паз золотника для взаимодействия с последним (RU 599102, 25.03.1978).Closest to the claimed one is a rotary vane engine, operating mainly on compressed gas, containing a stationary body, an external hollow rotor placed therein with blades rigidly fixed on its inner cylindrical surface, an internal rotor coaxial to it with blades rigidly connected to the shaft, closed blades formed by these blades, an output shaft connected to each of the rotors by means of a motion summing mechanism, a spool distribution device with a distribution windows and a mechanism for moving the spool. The spool is made in the form of a sleeve with holes installed with the possibility of axial movement on the outer rotor, in which the distribution windows are made in the cylindrical wall, and on the outer surface of the spool in two planes perpendicular to the axis, two eccentric grooves are made, the ends of which are interconnected by inclined bevels, moreover, the mechanism for moving the spool contains a spring-loaded slider rigidly connected to the inner rotor inserted into the spool groove for interaction with the latter (RU 599102, 03.25.1978).

Недостатками известных двигателей, в том числе, ближайшего аналога являются сложность их конструкций, шумность работы, низкая точность регулирования мощности, отсутствие возможности изменения направления вращения вала.The disadvantages of the known engines, including the closest analogue are the complexity of their designs, noise operation, low accuracy of power control, the inability to change the direction of rotation of the shaft.

Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции двигателя, обеспечивающей стабильную работу двигателя при использовании в качестве рабочего вещества сжатого газа или жидкости под высоким давлением.The objective of the claimed utility model is to create an engine design that provides stable engine operation when using compressed gas or liquid under high pressure as a working medium.

Задача решается тем, что роторно-лопастной двигатель содержит корпус, в котором установлен ротор с образованием между внешней его поверхностью и внутренней поверхностью корпуса, по меньшей мере, одной расширительной камеры, имеющей по меньшей мере одно впускное отверстие для подвода рабочего вещества (рабочего тела) под высоким давлением в камеру и по меньшей мере одно выпускное отверстие для отвода рабочего вещества с пониженным давлением из камеры, при этом внутренняя поверхность корпуса контактирует с внешней поверхностью ротора в зоне его двух диаметрально противоположных участков с образованием двух расширительных камер, а на роторе в его радиальных пазах установлены лопасти, подпружиненные в сторону внутренней поверхности корпуса двигателя, с возможностью взаимодействия и обтюрации потока рабочего вещества в расширительной камере на участке движения от впускного отверстия до выпускного и передачи вращательного движения на ротор.The problem is solved in that the rotary vane engine comprises a housing in which a rotor is mounted with the formation between its outer surface and the inner surface of the housing of at least one expansion chamber having at least one inlet for supplying a working substance (working fluid) at high pressure into the chamber and at least one outlet for discharging the working substance with reduced pressure from the chamber, while the inner surface of the housing is in contact with the outer surface of the rotor in on one of its two diametrically opposite sections with the formation of two expansion chambers, and on the rotor in its radial grooves are mounted blades spring-loaded towards the inner surface of the engine housing, with the possibility of interaction and obturation of the flow of the working substance in the expansion chamber at the section from the inlet to the outlet and transmission of rotational motion to the rotor.

Указанное выполнение двигателя обеспечивает его работу в очень большом диапазоне мощностей, например, от 2-3 кВт до нескольких десятков МВт, способность более сбалансировано совершать работу на один вал при заданном режиме оборотов, менять мощность и совершать работу по требуемой нагрузке.The specified performance of the engine ensures its operation in a very large power range, for example, from 2-3 kW to several tens of MW, the ability to more balanced work on one shaft at a given speed, change power and perform work at the required load.

Для обеспечения стабильной и непрерывной работы двигателя в качестве рабочего вещества можно использовать различные жидкости или сжатые газы под высоким давлением. Предпочтительно использовать жидкую углекислоту (двуокись углерода CO₂, молекулярный вес 44,011, t_возг=-78,48°С, при 760 мм.рт.ст., t_пл.=-56,6°С, t_кр.=+31,04°C, Р_кр.=75,28 кг/см³).To ensure stable and continuous operation of the engine, various liquids or compressed gases under high pressure can be used as a working medium. It is preferable to use liquid carbon dioxide (carbon dioxide CO ₂ , molecular weight 44.011, _tgr = -78.48 ° C, at 760 mmHg, t _pl. = -56.6 ° C, t _cr. = + 31 , 04 ° C, P _cr. = 75.28 kg / cm ³ ).

Для обеспечения реверсивного вращения двигателя каждая камера выполнена с, по меньшей мере, двумя парами впускных и выпускных отверстий с возможностью попеременного закрытия одной пары отверстий при открытом состояние другой пары.To ensure reverse rotation of the engine, each chamber is made with at least two pairs of inlet and outlet openings with the possibility of alternately closing one pair of holes when the open state of the other pair.

Полезная модель поясняется иллюстративным материалом.The utility model is illustrated by illustrative material.

На фиг.1 представлен вид в изометрии заявляемого двигателя с поперечным разрезом, на фиг.2 представлена схема работы двигателя, а на фиг.3 представлен общий вид двигателя в изометрии.Figure 1 presents a perspective view of the inventive engine with a cross section, figure 2 shows a diagram of the engine, and figure 3 shows a General view of the engine in isometric.

Роторно-лопастной двигатель (см. фиг.1) содержит эллипсообразный в поперечном сечении корпус 1 с установленным в его средней части цилиндрическим ротором 2. Между внешней поверхностью ротора 2 и внутренней поверхностью корпуса 1 образованы две расширительные камеры 3, каждая из которых снабжена впускным отверстием 4 и выпускным отверстием 5. В пазах вала 6 ротора 2 установлено четыре лопасти 7, каждая из которых подпружинена пружиной 8, таким образом, что при вращении ротора указанные лопасти плотно прилегают к внутренней поверхности корпуса, предотвращая прорыв потока рабочего вещества на участке от впускного отверстия 4 до соответствующего ему выпускного отверстия 5.The rotary vane engine (see FIG. 1) comprises a housing 1 ellipsoid in cross section with a cylindrical rotor 2 mounted in its middle part. Two expansion chambers 3 are formed between the outer surface of the rotor 2 and the inner surface of the housing 1, each of which is provided with an inlet 4 and the outlet 5. Four blades 7 are installed in the grooves of the shaft 6 of the rotor 2, each of which is spring-loaded with a spring 8, so that when the rotor rotates, these blades fit snugly against the inner surface of the housing, p preventing the breakthrough of the flow of the working substance in the area from the inlet 4 to the corresponding outlet 5.

В варианте двигателя, изображенного на фиг.2 каждая из двух расширительных камер снабжена двумя парами впускных и выпускных отверстий. При этом впускные 4 и выпускные 5 отверстия одной пары перекрыты, а другой пары - открыты. Перекрытие выпускных 5 отверстий может быть осуществлено с помощью заглушек 9, а впускных 4 - посредством клапанов 10 и распределительного устройства 11.In the embodiment of the engine shown in FIG. 2, each of the two expansion chambers is provided with two pairs of inlet and outlet openings. In this case, the inlet 4 and outlet 5 openings of one pair are closed, and the other pair is open. Overlapping the outlet 5 holes can be carried out using plugs 9, and inlet 4 through valves 10 and switchgear 11.

Предлагаемый двигатель работает за счет использования энергии рабочего вещества, находящегося под высоким давлением в емкости 12, которое по трубопроводам 13, через вентили 14 поступает к распределительным устройствам 11 двигателя. Несколько двигателей могут быть объединены в систему, работающую от одного источникаThe proposed engine operates through the use of energy of the working substance, which is under high pressure in the tank 12, which through pipelines 13, through valves 14, enters the switchgear 11 of the engine. Multiple engines can be combined into a single source system.

Работа предлагаемого двигателя осуществляется следующим образом.The operation of the proposed engine is as follows.

После открытия вентилей 14 рабочее вещество, например, двуокись углерода, с температурой до +30°С и давлением до 7-8 МПа по трубопроводам 13 и через распределительные устройства 11 порциями поступает через впускные отверстия 4 в каждую камеру расширения 3. В камерах 3 рабочее вещество адиабатно расширяется, толкая каждую лопасть 7, которая своей кромкой скользит по внутренней поверхности корпуса двигателя, предотвращая прорыв потока рабочего вещества до выпускного отверстия 5, и тем самым передает вращение на ротор 2 и связанный с ним вал. Отработанное рабочее вещество, отдав энергию, удаляется из камеры через выпускное отверстие 5, при этом часть рабочего вещества, находящегося в твердом состоянии в виде снежинок (до 50%), удаляется по одной системе трубопроводов в емкость для сбора сухого льда, а другая его часть, находящаяся в газообразном состоянии с температурой -50-60°С, удаляется по другой системе трубопроводов и в дальнейшем может использоваться в качестве хладагента и т.д.After the valves 14 are opened, a working substance, for example, carbon dioxide, with a temperature of up to + 30 ° С and a pressure of up to 7-8 MPa passes through the pipelines 13 and through the distributors 11 in portions through the inlets 4 to each expansion chamber 3. In the chambers 3, the working the substance expands adiabatically, pushing each blade 7, which slides along the inner surface of the engine casing with its edge, preventing the breakthrough of the flow of the working substance to the outlet 5, and thereby transfers rotation to the rotor 2 and the shaft associated with it. The spent working substance, having given energy, is removed from the chamber through the outlet 5, while part of the working substance, which is in the solid state in the form of snowflakes (up to 50%), is removed through one piping system into a container for collecting dry ice, and the other part , which is in a gaseous state with a temperature of -50-60 ° C, is removed through another piping system and can later be used as a refrigerant, etc.

Для обеспечения реверсивного вращения необходимо посредством распределительных устройств 11 автоматически поменять подачу рабочего вещества от одних впускных отверстий 4 к другим, при этом закрыв соответствующие выпускные отверстия 5 и открыв другие.To ensure reverse rotation, it is necessary by means of distributors 11 to automatically change the supply of the working substance from one inlet 4 to another, while closing the corresponding outlet openings 5 and opening others.

С помощью регулирующего устройств можно осуществлять подачу определенного количества рабочего вещества на одну лопасть от 1 до 50, 100, 200 и более граммов или 2, 3, 4, регулируя выходную мощность двигателя.Using control devices, it is possible to supply a certain amount of working substance to one blade from 1 to 50, 100, 200 or more grams, or 2, 3, 4, by adjusting the engine output.

При стабильных оборотах, например, 3000 об/мин, можно автоматически менять мощность в очень широком диапазоне, наращивать ее при необходимости или сбрасывать при отсутствии потребности в ней в пределах от 3 до 1000 кВт.At stable speeds, for example, 3000 rpm, you can automatically change the power in a very wide range, increase it if necessary or reset it if there is no need for it in the range from 3 to 1000 kW.

Конструкция заявляемого двигателя обеспечивает многосуточный режим непрерывной работы в автоматическом режиме за счет надежности, простоты конструкции двигателя.The design of the inventive engine provides a multi-day continuous operation in automatic mode due to the reliability, simplicity of the engine design.

За счет отсутствия возвратно-поступательного движения у заявляемого двигателя очень низкий уровень шума и вибрации.Due to the lack of reciprocating motion, the inventive engine has a very low noise and vibration level.

Вспомогательные системы, обеспечивающие подачу рабочего вещества просты за счет отсутствия систем зажигания и аккумуляторных батарей.Auxiliary systems for supplying a working substance are simple due to the lack of ignition systems and batteries.

Рабочее вещество с низкой температурой и использование в качестве материалов для деталей двигателя фторопластов, например, фторопласт Ф-4 и фторопластовых композиционных материалов, обеспечивает отсутствие износа трущихся деталей.A low-temperature working substance and the use of fluoroplastics, for example, fluoroplastic F-4 and fluoroplastic composite materials, as materials for engine parts, ensures no wear of rubbing parts.

Одновременно со своей основной функцией, предлагаемый двигатель способен утилизировать «холод», т.е. газы с температурой -75°С и ниже и использовать его в промышленности по назначению (в морозильниках, при кондиционировании помещений, создании микроклимата).Simultaneously with its main function, the proposed engine is able to utilize the "cold", i.e. gases with a temperature of -75 ° C and below and use it in industry for its intended purpose (in freezers, for air conditioning, creating a microclimate).

Сбор вредного отработанного СО₂ и использование его же в качестве рабочего вещества повышает экологичность предлагаемого двигателя.The collection of harmful spent CO ₂ and its use as a working substance increases the environmental friendliness of the proposed engine.

Вышеописанная конструкция двигателя обеспечивает возможность реверсивного движения. Заявляемый двигатель надежен, прост в эксплуатации, технологичен в изготовлении, компактен и экологичен.The above engine design allows reverse movement. The inventive engine is reliable, easy to operate, manufacturable, compact and environmentally friendly.

Claims

1. Rotary vane engine containing a housing in which a cylindrical rotor is installed with the formation between its outer surface and the inner surface of the housing, at least one expansion chamber having at least one inlet for supplying a working substance under high pressure in the chamber and at least one outlet for discharging the working substance with reduced pressure from the chamber, while the blades are mounted on the rotor with the possibility of their interaction with the flow of the working substance and transmitting rotational motion to the rotor, characterized in that the inner surface of the housing contacts the outer surface of the rotor in the area of its two diametrically opposite sections with the formation of two expansion chambers, the blades are installed in the radial grooves of the rotor and spring-loaded towards the inner surface of the housing.

2. The engine according to claim 1, characterized in that carbon dioxide under high pressure is used as a working substance.

3. The engine according to claim 1, characterized in that each chamber is made with at least two inlet and two outlet openings with the possibility of alternately closing one pair of inlet and outlet openings when the other pair is open, to provide reverse rotation of the engine.