RU2107822C1

RU2107822C1 - Rotary-piston machine

Info

Publication number: RU2107822C1
Application number: RU96101242A
Authority: RU
Inventors: Алексей Тимурович Мирзоев; Тимур Бердиевич Мирзоев
Original assignee: Алексей Тимурович Мирзоев; Тимур Бердиевич Мирзоев
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: power engineering; compressors, pumps, gas expansion machines, engines. SUBSTANCE: machine has housing, cover, bearings, support trunnion, cylinder block with opposed cylinders accommodating two equal mass pistons installed at equal distances from its center of rotation, eat each being hinge-connected in center of mass with one of two face plates. Axes of rotation of face plates are displaced through equal distance to diametrically opposite sides relative to axis of rotation of cylinder block. Machine has pin passing through longitudinal slots made on end face surfaces of cylinder block and provided with side clearances to ensure noncontact arrangement of piston in cylinder. Kinematic pair formed by longitudinal slot and pin, playing the part of movement synchronizer through which torque is conveyed from cylinder block to face plates, is used simultaneously as oil pump providing delivery of oil into cylinders in process of compression and delivery of gas. Face plates and cylinder block are in intimate contact through end face surface on which unloading pockets are made to provide preset specific contact pressures between these parts and also gas inlet and outlet holes, suction and delivery ports, and channels to feed oil to oil pumps. Hydrostatic pockets made on side surfaces of pistons are connected with oil pressure source. Delivery channels made in face plate body connect gas suction space with suction ports. EFFECT: enlarged operating capabilities. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано в качестве компрессоров, насосов, детандеров, двигателей. The invention relates to power machines and can be used as compressors, pumps, expanders, engines.

По кинематической структуре машина относится к классу кривошипно-кулисных механизмов с использованием поршней в качестве ползунов. According to the kinematic structure, the machine belongs to the class of crank-link mechanisms using pistons as sliders.

Наиболее близкой к изобретению является роторно-поршневая машина, которая содержит корпус, неподвижную ось, жестко закрепленную в корпусе, на свободном конце которой с возможностью вращения установлен блок цилиндров с поршнями, приводной вал, соединенный с планшайбой и установленный на подшипниках в крышке со смещением относительно центра корпуса, шатуны, соединяющие планшайбу с поршнями, синхронизаторы, выполненные в виде дополнительных шатунов, один конец которого шарнирно соединен с планшайбой, а второй также шарнирно - с блоком цилиндров, каналы подвода и отвода рабочей среды, выполненные в теле оси, соединенные с полостями цилиндров посредством отверстий, выполненных в промежуточной втулке [1]. Closest to the invention is a rotary piston machine, which comprises a housing, a fixed axis, rigidly fixed in the housing, at the free end of which a cylinder block with pistons is mounted rotatably, a drive shaft connected to the faceplate and mounted on bearings in the cover with an offset the center of the housing, connecting rods connecting the faceplate to the pistons, synchronizers made in the form of additional connecting rods, one end of which is pivotally connected to the faceplate, and the other also pivotally to the cylinder block ndrov, supply and discharge of working fluid channels formed in the body axis, connected with the cylinder space by means of openings formed in the intermediate sleeve [1].

К недостаткам известной машины можно отнести использование в конструкции шатунов как в качестве элементов, соединяющих поршни с планшайбой, так и в качестве синхронизаторов движения. The disadvantages of the known machine include the use in the design of the connecting rods both as elements connecting the pistons to the faceplate, and as synchronizers of movement.

При вращении шатуны совершают качательное движение, при котором центры масс шатунов перемещаются по плоскости, изменяя в течение одного оборота свое положение относительно центров вращения планшайбы и блока цилиндров, вводя тем самым переменную величину дисбаланса. When the connecting rods rotate, they make a rocking movement, in which the centers of mass of the rods move along the plane, changing their position within one revolution relative to the centers of rotation of the faceplate and cylinder block, thereby introducing a variable amount of imbalance.

Качательное движение шатунов, соединяющих поршни с планшайбой, ведет к динамической неуравновешенности планшайбы при условии наличия зазора между поршнями и цилиндрами. The oscillating movement of the connecting rods connecting the pistons to the faceplate leads to the dynamic unbalance of the faceplate provided that there is a gap between the pistons and the cylinders.

Качательное движение синхронизирующих шатунов также вводит переменный дисбаланс, влияющий на уравновешенность как планшайбы, так и блока цилиндров. The oscillating movement of the synchronizing connecting rods also introduces a variable imbalance, affecting the balance of both the faceplate and cylinder block.

Величина дисбаланса зависит от величины смещения осей вращения планшайбы и блока цилиндров, длины и массы шатунов, а также от угловой скорости вращения в квадратичной зависимости. Эти факторы не дают возможность создать быстроходную машину, ограничивая ее функциональные возможности. The magnitude of the imbalance depends on the magnitude of the displacement of the axes of rotation of the faceplate and cylinder block, the length and mass of the connecting rods, as well as the angular velocity of rotation in a quadratic dependence. These factors make it impossible to create a high-speed machine, limiting its functionality.

При этом необходимо отметить, что симметричное расположение шатунов по окружности не устраняет этот недостаток. Кроме того, известная машина имеет ряд других недостатков:
- одностороннее протекание рабочих процессов в цилиндрах,
- сложение центробежных сил с газовыми,
- близкое расположение окон всасывания и нагнетания друг относительно друга,
- малая протяженность окон всасывания и нагнетания,
- близкое взаимное расположение каналов подвода и отвода рабочей среды,
- неуравновешенность газовых сил, действующих на консольно закрепленную ось.It should be noted that the symmetrical arrangement of the connecting rods around the circumference does not eliminate this drawback. In addition, the known machine has several other disadvantages:
- one-way flow of working processes in the cylinders,
- the addition of centrifugal forces with gas,
- close proximity of the suction and discharge windows relative to each other,
- small length of the suction and discharge windows,
- close mutual arrangement of the channels of supply and removal of the working environment,
- imbalance of gas forces acting on a cantilevered axis.

Задача изобретения - повышение надежности роторно-поршневой машины при увеличении ее быстроходности путем динамической уравновешенности всех ее звеньев. The objective of the invention is to increase the reliability of a rotary piston machine while increasing its speed by dynamically balancing all its links.

Указанная задача решается за счет того, что роторно-поршневая машина, содержащая корпус, крышку, подшипники, опорную цапфу, блок цилиндров с радиально расположенными оппозитными цилиндрами и установленными в них поршнями, связанными с планшайбой, ось вращения которой смещена параллельно относительно оси вращения блока цилиндров, каналы и окна подвода и отвода сжимаемой среды, выполнена так, что два поршня одинаковой массы, расположенные в оппозитных цилиндрах блока цилиндров на равных расстояниях от его центра вращения, соединены каждый в центре его массы, шарнирно с одной из двух планшайб, оси вращения которых смещены относительно оси вращения блока цилиндров в диаметрально-противоположные стороны на одинаковую величину пальцем, проходящим через продольные пазы, выполненные на торцевых поверхностях блока цилиндров, с боковыми зазорами, обеспечивающими бесконтактное расположение поршня в цилиндре. This problem is solved due to the fact that the rotary piston machine, comprising a housing, a cover, bearings, a support pin, a cylinder block with radially opposed opposed cylinders and installed pistons in them, connected to the faceplate, the axis of rotation of which is offset parallel to the axis of rotation of the cylinder block , channels and windows for supplying and discharging a compressible medium, made so that two pistons of the same mass, located in opposed cylinders of the cylinder block at equal distances from its center of rotation, are connected in the center of its mass, pivotally with one of the two faceplates, the axis of rotation of which is offset from the axis of rotation of the cylinder block in diametrically opposite sides by the same amount with a finger passing through the longitudinal grooves made on the end surfaces of the cylinder block, with lateral gaps providing a non-contact arrangement piston in the cylinder.

Соединение поршня с планшайбой в центре его массы шарнирно позволяет исключить влияние качательного движения поршня вокруг шарнира, которое происходит в течение одного оборота, на динамику вращающихся деталей планшайбы и блока цилиндров. Такое техническое решение с учетом того, что блок цилиндров и каждая планшайба совместно с поршнем и пальцем были предварительно динамически отбалансированы, позволяет получить полностью динамическую уравновешенную роторную машину. Симметричное перемещение поршней одинаковой массы в одной плоскости относительно центра вращения блока цилиндров позволяет получить симметричную схемы газовых и центробежных сил, действующих на блок цилиндров, и тем самым полностью разгрузить подшипник, на котором он установлен консольно. The connection of the piston with the faceplate in the center of its mass pivotally eliminates the influence of the oscillating movement of the piston around the hinge, which occurs during one revolution, on the dynamics of the rotating parts of the faceplate and cylinder block. Such a technical solution, taking into account the fact that the cylinder block and each faceplate together with the piston and pin were previously dynamically balanced, allows you to get a fully dynamic balanced rotary machine. Symmetric movement of pistons of the same mass in one plane relative to the center of rotation of the cylinder block allows you to get a symmetric scheme of gas and centrifugal forces acting on the cylinder block, and thereby completely relieve the bearing on which it is mounted cantilever.

В качестве синхронизатора движения блока цилиндров и планшайб использованы подвижные соединительные пары, образованные пальцем и продольными пазами блока цилиндров, что позволяет получить бесконтактное взаимное перемещение поршня и цилиндра по поверхностям, перпендикулярным плоскости вращения. Moving connecting pairs formed by a finger and longitudinal grooves of the cylinder block are used as a synchronizer for the movement of the cylinder block and face plates, which makes it possible to obtain non-contact mutual movement of the piston and cylinder on surfaces perpendicular to the plane of rotation.

Возможно выполнить цилиндры и поршни некруглого сечения, например прямоугольного, при сохранении указанной цепи, что расширяет функциональные возможности машины с повышением коэффициента ее объемного использования. It is possible to make cylinders and pistons of a non-circular section, for example a rectangular one, while maintaining this chain, which expands the functionality of the machine with an increase in its volumetric utilization coefficient.

Возможно выполнить на части поверхности поршня два диаметрально противоположных гидростатических кармана, каждый из которых соединен с источником давления, например, масла, что позволит снизить удельные давления между контактными поверхностями пальца и продольных пазов в синхронизаторе. It is possible to carry out two diametrically opposite hydrostatic pockets on a part of the piston surface, each of which is connected to a pressure source, for example, oil, which will reduce the specific pressure between the contact surfaces of the finger and the longitudinal grooves in the synchronizer.

Возможно обеспечить прилегание торцевых поверхностей планшайб и блока цилиндра друг к другу без зазора с образованием на их поверхностях газораспределительных окон, маслоподводящих каналов и разгрузочных полостей, обеспечивающих получение заданных величин степеней сжатия, разделение окон всасывания и нагнетания друг от друга масляными затворами и обеспечение необходимых удельных контактных давлений поверхностей. It is possible to ensure that the end surfaces of the faceplates and the cylinder block adhere to each other without a gap with the formation of gas distribution windows, oil supply channels and discharge cavities on their surfaces, providing specified compression ratios, separating the suction and discharge windows from each other with oil gates and providing the necessary specific contact surface pressures.

Возможно обеспечить прилегание планшайб к противоположным торцевым поверхностям блока цилиндров и расположение части газораспределительных окон всасывания и нагнетания на противоположных его сторонах. Это даст возможность уменьшить перетоки сжимаемого газа на сторону всасывания, повысить коэффициент полезного действия машины. It is possible to ensure that the faceplates adhere to the opposite end surfaces of the cylinder block and that part of the gas distribution windows for suction and discharge are located on its opposite sides. This will make it possible to reduce the flow of compressible gas to the suction side, to increase the efficiency of the machine.

Возможно соединить окна всасывания, расположенные в теле планшайб, газодинамическими напорными каналами с полостью низкого давления газа. В этом случае используется вращение с целью получения наддува полостей цилиндра, что приведет к повышению коэффициента подачи и КПД машины. It is possible to connect the suction windows located in the body of the faceplates with gas-dynamic pressure channels with a cavity of low gas pressure. In this case, rotation is used to obtain pressurization of the cylinder cavities, which will lead to an increase in the feed coefficient and machine efficiency.

Возможно каждую полость продольного паза, отделенную друг от друга телом пальца и образованную торцовой поверхностью планшайбы и поверхностью поршня, соединить попеременно с источниками высокого и низкого давления жидкости, например, масла для того, чтобы использовать ее в качестве насоса, подающего масло в зазоры между поршнем и цилиндром, а также для впрыска масла в полость цилиндров в процессе сжатия. It is possible to connect each cavity of the longitudinal groove, separated from each other by the body of the finger and formed by the end face of the faceplate and the surface of the piston, alternately with sources of high and low pressure of the liquid, for example, oil, in order to use it as a pump supplying oil to the gaps between the piston and a cylinder, as well as for injecting oil into the cylinder cavity during compression.

Если машина используется по другому функциональному назначению, в полости насоса может подаваться другая жидкость, например топливо, жидкий хладагент или смеси их с маслом. If the machine is used for a different functional purpose, another liquid, such as fuel, liquid refrigerant, or mixtures thereof with oil, may be supplied to the pump cavity.

Таким образом, сравнение с прототипом показывает, что в машине в результате достижения ее динамической уравновешенности, симметричности распределения газовых сил, рационального расположения газораспределительных окон, использования в качестве синхронизатора и насоса кинематической пары, состоящей из пальца и продольных пазов, проявляются новые свойства, которые позволяют повысить надежность и КПД роторно-поршневой машины при повышении ее быстроходности. Thus, a comparison with the prototype shows that in the machine as a result of achieving its dynamic balance, symmetrical distribution of gas forces, rational arrangement of gas distribution windows, and using a kinematic pair consisting of a finger and longitudinal grooves as a synchronizer and pump, new properties appear that allow to increase the reliability and efficiency of the rotary piston machine while increasing its speed.

Данная роторно-поршневая машина может успешно конкурировать по надежности, КПД, быстроходности и простоте конструкции с другими типами роторных машин, например с винтовыми маслозаполненными компрессорами или детандерами. This rotary piston machine can successfully compete in reliability, efficiency, speed and simplicity of design with other types of rotary machines, for example, screw oil-filled compressors or expanders.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых рассматривается роторно-поршневой компрессор двухстороннего действия с впрыском масла в рабочие полости сжатия. In the future, the invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, which describe a rotary piston compressor with a double acting oil injection into the working cavity of compression.

Фиг. 1 изображает конструктивное выполнение роторно-поршневой машины, продольный разрез, согласно изобретению, фиг. 2 изображает разрез по линии Г-Г, фиг. 1, согласно изобретению, фиг. 3 изображает разрез по линии Д-Д, фиг. 1, согласно изобретению, фиг. 4 изображает разрез по линии E-E, фиг. 1, согласно изобретению, фиг. 5 изображает разрез по линии Ж-Ж, фиг. 4, согласно изобретению, фиг. 6 изображает схематичное движение одного поршня за один оборот. FIG. 1 shows a structural embodiment of a rotary piston machine, a longitudinal section according to the invention, FIG. 2 shows a section along the line G-D, FIG. 1, according to the invention, FIG. 3 is a section along the line DD, FIG. 1, according to the invention, FIG. 4 is a section along the line E-E, FIG. 1, according to the invention, FIG. 5 is a sectional view along the line FJ; FIG. 4, according to the invention, FIG. 6 depicts a schematic motion of one piston per revolution.

Роторно-поршневая машина содержит корпус 1 /фиг. 1/, крышку 2, которые соединены друг с другом и образуют полость 3 всасывания, соединенную с источником низкого давления газа отверстием 4 подачи газа, опорную цапфу 5, закрепленную на корпусе 1, блок цилиндров 6, состоящий из двух частей, одна из которых имеет приводной вал. Обе части блока цилиндров 6 соединены друг с другом и образуют внутреннюю полость, цилиндр 7, в котором установлены два оппозитных поршня 8 и 9, в центре масс которых установлены шарнирно пальцы 10 и 11, каждый из которых вторым концом жестко соединен с одной из планшайб 12 и 13 соответственно. The rotary piston machine comprises a housing 1 / Fig. 1 /, a cover 2, which are connected to each other and form a suction cavity 3, connected to a low gas pressure source by a gas supply hole 4, a support pin 5 mounted on the housing 1, a cylinder block 6, consisting of two parts, one of which has drive shaft. Both parts of the cylinder block 6 are connected to each other and form an internal cavity, cylinder 7, in which two opposed pistons 8 and 9 are installed, in the center of mass of which pins 10 and 11 are pivotally mounted, each of which is rigidly connected to one of the faceplates 12 by the second end and 13, respectively.

Блок цилиндров 6, планшайбы 12 и 13 установлены каждый консольно на подшипниках 14, 15 и 16 соответственно, установленных на опорной цапфе 5 и в крышке 2. Подшипники 14, 15 и 16 размещены относительно друг друга таким образом, что оси вращения планшайб 12 и 13 смещены от оси вращения блока цилиндров 6 в диаметрально противоположные стороны на одинаковую величину. Обе планшайбы 12 и 13 торцовыми поверхностями прилегают без зазоров к торцовым поверхностям блока цилиндров 6, на которых выполнены продольные пазы 17, 18, 19 и 20, через которые проходят пальцы 10 и 11. The cylinder block 6, the plates 12 and 13 are each mounted cantilever on bearings 14, 15 and 16, respectively, mounted on the support pin 5 and in the cover 2. The bearings 14, 15 and 16 are placed relative to each other so that the axis of rotation of the plates 12 and 13 offset from the axis of rotation of the cylinder block 6 in diametrically opposite sides by the same amount. Both faceplates 12 and 13 with end surfaces adhere without gaps to the end surfaces of cylinder block 6, on which longitudinal grooves 17, 18, 19 and 20 are made, through which fingers 10 and 11 pass.

Полость 21, образованная поверхностями блока цилиндра 6, планшайбы 12 и опорной цапфы 5, соединена отверстием подвода масла 22 с источником давления масла. The cavity 21 formed by the surfaces of the cylinder block 6, the faceplate 12 and the support pin 5 is connected by an oil supply opening 22 to an oil pressure source.

В теле каждого поршня 8 и 9 выполнены отверстия впрыска масла 23, 24, 25, 26. Фланец 27, закрепленный на крышке 2, содержит выпускное отверстие 28, соединенное с источником высокого давления. Oil injection holes 23, 24, 25, 26 are made in the body of each piston 8 and 9. The flange 27, mounted on the cover 2, contains an outlet 28 connected to a high pressure source.

Стрелкой А обозначено направление подачи всасываемого газа. Arrow A indicates the direction of intake gas.

Стрелкой Б обозначено направление подачи нагнетаемого газа. Arrow B indicates the direction of supply of the injected gas.

Стрелкой В обозначено направление подачи масла. Arrow B indicates the direction of oil flow.

На торцевой поверхности планшайбы 12, прилегающей к блоку цилиндров 6, выполнены окна всасывания 29 и 30 /фиг. 2/, соединенные с выполненными в теле планшайбы 12 напорными каналами 31 и 32 соответственно, разгрузочные карманы 33 и 34, соединительные каналы 35 и 36, каналы подачи масла 37 и 38. On the end surface of the faceplate 12 adjacent to the cylinder block 6, there are suction windows 29 and 30 / Fig. 2 /, connected to the pressure channels 31 and 32 made in the faceplate 12 body, respectively, discharge pockets 33 and 34, connecting channels 35 and 36, oil supply channels 37 and 38.

Блок цилиндров 6 имеет на торцовой поверхности, прилегающей к планшайбе 12, выпускные отверстия 39 и 40 /фиг. 3/, а на противоположной торцовой поверхности, прилегающей к планшайбе 13, выпускные отверстия 41 и 42, а также отверстие впуска-выпуска 43, сквозное отверстие 44 подачи масла, болты крепления частей блока цилиндров 45. На каждой боковой поверхности поршней 8 и 9 выполнены гидростатические карманы 46, полости которых соединены отверстиями 47 с разгрузочными карманами 33 и 34 /фиг. 2/ планшайбы 12. На торцовой поверхности блока цилиндров 6, прилегающей к планшайбе 12, выполнены каналы 48, 49, 50 и 51 /фиг. 3/ подвода в полости продольных пазов 17, 18, 19 и 20, выполняющие функцию маслонасосов. На торцовой поверхности планшайбы 13, прилегающей к блоку цилиндров 6, выполнены окна нагнетания 52, 53 и 54 /фиг. 4/, соединенные между собой каналами 55, 56, 57 и с выпускным отверстием 58, выполненным в теле планшайбы 13, разгрузочный кольцевой карман 59 и разделительный канал 60, окно 61 всасывания, соединенное с напорным каналом 62 /фиг. 5/, выполненными в теле планшайбы 13. The cylinder block 6 has, on the end surface adjacent to the faceplate 12, outlet openings 39 and 40 / FIG. 3 /, and on the opposite end surface adjacent to the faceplate 13, the outlet openings 41 and 42, as well as the inlet-outlet opening 43, the oil through hole 44, bolts for fastening parts of the cylinder block 45. On each side surface of the pistons 8 and 9 are made hydrostatic pockets 46, the cavities of which are connected by openings 47 with discharge pockets 33 and 34 / Fig. 2 / plates 12. On the end surface of the cylinder block 6 adjacent to the plate 12, channels 48, 49, 50 and 51 / are made. 3 / supply in the cavity of the longitudinal grooves 17, 18, 19 and 20, performing the function of oil pumps. On the end surface of the faceplate 13 adjacent to the cylinder block 6, discharge windows 52, 53 and 54 / are made. 4 /, interconnected by channels 55, 56, 57 and with an outlet 58 made in the body of the faceplate 13, an unloading annular pocket 59 and a separation channel 60, a suction window 61 connected to the pressure channel 62 / Fig. 5 /, made in the body of the faceplate 13.

Направление вращения указано стрелкой и знаком ω . The direction of rotation is indicated by the arrow and sign ω.

Роторно-поршневая машина работает следующим образом. A rotary piston machine operates as follows.

Блок цилиндров 6, приводимый во вращение через приводной вал с постоянной угловой скоростью, передает крутящий момент планшайбе 12 через боковые поверхности продольных пазов 17, 18 и палец 10, а планшайбе 13-через боковые поверхности продольных пазов 19, 20 и палец 11. Планшайбы 13 и 12 вращаются с переменными угловыми скоростями, при этом поршни 8 и 9 совершают совместно с планшайбами движение по окружности. Каждая планшайба с пальцем и поршнем, а также блок цилиндров предполагается предварительно динамически уравновешенными системами, например, с помощью балансировочных грузов, которые на чертежах не показаны. Благодаря смещению осей вращения планшайб 12 и 13 относительно оси вращения блока цилиндров 6 в диаметрально противоположные стороны на одинаковую величину цилиндр 7 и поршни 8, 9, совершая каждый движение по своей круговой орбите /фиг. 6, на примере движения поршня 8/, взаимно перемещаются в радиальном направлении друг относительно друга на величину двойного смещения оси вращения каждой планшайбы от оси вращения блока цилиндров, т. е. на величину двойного эксцентриситета, e = 2x (O₁O₂). При этом в замкнутых полостях цилиндра 7 с обеих сторон от торцовых поверхностей поршней 8 и 9 в режиме компрессора за один оборот происходит симметрично полный цикл процесса: всасывание, сжатие и вытеснение газа.The cylinder block 6, driven into rotation through a drive shaft with a constant angular velocity, transmits torque to the faceplate 12 through the side surfaces of the longitudinal grooves 17, 18 and pin 10, and the faceplate 13 through the side surfaces of the longitudinal grooves 19, 20 and pin 11. Plates 13 and 12 rotate with variable angular velocities, while the pistons 8 and 9 together with the faceplates move in a circle. Each faceplate with a finger and a piston, as well as a cylinder block, is supposed to be pre-dynamically balanced systems, for example, using balancing weights, which are not shown in the drawings. Due to the displacement of the axis of rotation of the plates 12 and 13 relative to the axis of rotation of the cylinder block 6 in diametrically opposite sides by the same amount, the cylinder 7 and the pistons 8, 9, making each movement in its own circular orbit / Fig. 6, using the example of piston movement 8 /, they mutually move in a radial direction relative to each other by the amount of double displacement of the axis of rotation of each faceplate from the axis of rotation of the cylinder block, i.e., by the amount of double eccentricity, e = 2x (O ₁ O ₂ ). Moreover, in the closed cavities of the cylinder 7 on both sides of the end surfaces of the pistons 8 and 9 in the compressor mode for one revolution, a symmetrically complete cycle of the process occurs: absorption, compression and displacement of gas.

При вращении за один оборот каждый поршень совершает качественное движение вокруг цилиндрического пальца, закрепленного на соответствующей планшайбе. Например, поршень 8 совершает качественное движение вокруг оси пальца 10 O₃, смещаясь в плоскости вращения на переменный угол α относительно радиальной прямой O₂O₃, проходящей через центр вращения планшайбы 12 и центр качания поршня 8.When rotating in one revolution, each piston makes a qualitative movement around a cylindrical pin fixed to the corresponding faceplate. For example, the piston 8 makes a qualitative movement around the axis of the finger 10 O ₃ , shifting in the plane of rotation by a variable angle α relative to the radial line O ₂ O ₃ passing through the center of rotation of the faceplate 12 and the center of swing of the piston 8.

Аналогичное движение в плоскости вращения совершает также поршень 9. Поршни 8 и 9, имеющие одинаковую массу и расположенные относительно центра вращения блока цилиндров 6 (центра O) всегда, при полном вращении на одинаковом расстоянии, не влияют на динамическую уравновешенность блока цилиндров 6. The piston 9 also makes a similar movement in the plane of rotation. Pistons 8 and 9, which have the same mass and are located relative to the center of rotation of the cylinder block 6 (center O), always, when fully rotated at the same distance, do not affect the dynamic balance of the cylinder block 6.

Для исключения влияния качения поршней 8 и 9 на динамику обеих планшайб пальцы 10 и 11 установлены каждый в центре масс поршней 8 и 9 шарнирно. To exclude the influence of the rolling of the pistons 8 and 9 on the dynamics of both faces, the fingers 10 and 11 are each pivotally mounted in the center of mass of the pistons 8 and 9.

В качестве синхронизатора движения использована кинематическая пара, образованная боковыми поверхностями продольных пазов, выполненных на блоке цилиндров 6, и участком пальца, принадлежащим планшайбе. Так, через пару: продольные пазы 17, 18 (фиг. 1) и участок пальца 10, крутящий момент передается от блока цилиндра 6 планшайбе 12, а через продольные пазы 19 и 20, участок пальца 11 - планшайбе 13. С этой целью зазоры между боковыми поверхностями продольных пазов и участков пальца выполнены меньшей величиной, чем боковыми зазорами между поршнем и цилиндром. В данной конструкции участок пальца кривошипа выполняет функцию ползуна, перемещающегося в продольном пазу кулисы-блока цилиндров 6. Форма поперечного сечения пальца на участке продольных пазов может отличаться от круглой. Например, она может быть выполнена прямоугольной с целью снижения удельных контактных давлений или содержать подшипник качения (тела качения), установленный на участке пальца с целью снижения сил трения. A kinematic pair formed by the lateral surfaces of the longitudinal grooves made on the cylinder block 6 and the finger portion belonging to the faceplate was used as a motion synchronizer. So, through a pair: the longitudinal grooves 17, 18 (Fig. 1) and the portion of the finger 10, the torque is transmitted from the cylinder block 6 to the faceplate 12, and through the longitudinal grooves 19 and 20, the portion of the finger 11 to the faceplate 13. To this end, the gaps between the lateral surfaces of the longitudinal grooves and sections of the finger are made smaller than the lateral gaps between the piston and the cylinder. In this design, the crank finger portion functions as a slider moving in the longitudinal groove of the backstage-cylinder block 6. The shape of the finger cross section in the longitudinal grooves section may differ from the round. For example, it can be made rectangular in order to reduce specific contact pressures or contain a rolling bearing (rolling elements) mounted on a finger section in order to reduce friction.

Одновременно пара "продольный паз-палец" использована в качестве маслонасоса, осуществляющего смазку трущихся поверхностей в паре и впрыск масла в полость цилиндра в процессе сжатия. At the same time, the “longitudinal groove-finger” pair was used as an oil pump, which lubricates the friction surfaces in a pair and injects oil into the cylinder cavity during compression.

Маслонасос работает следующим образом. The oil pump works as follows.

Охлаждаемое масло поступает в роторно-поршневую машину, например, из маслоотделителя под избыточным давлением через отверстие подвода масла 22 (фиг. 1) в полость 21 по каналам подачи масла 37 и 38 (фиг. 2), имеющим профилированную поверхность, поочередно - в замкнутые полости продольных пазов, образованные прилегающими торцовыми поверхностями планшайб 12, 13 и поршнями 8 и 9 соответственно, разделенных друг от друга телом пальца. Масло поступает в полости маслонасоса в момент увеличения их объемов, например, через каналы 48 и 51 (фиг. 3) при относительном смещении поршней 8 и 9 к центру блока цилиндров 6. На этом участке движения каналы подачи масла 37 и 38 /фиг.2/ соединены с каналами 48 и 51 (фиг. 3). При этом каналы 49 и 50 разъединены от каналов подачи масла 37 и 38 и масло вытесняется поршнями 8, 9 из смежных полостей продольных пазов 17, 18, 19, 20 через отверстия 23 и 24 (фиг. 1) в полость сжатия, в центральную часть цилиндра 7. При движении поршней 8 и 9 к периферии каналы подачи масла 37 и 38 (фиг. 2) разъединяются от каналов 48 и 51 (фиг. 3) и соединяются с каналами 49 и 50. The cooled oil enters the rotary piston machine, for example, from the oil separator under excessive pressure through the oil inlet 22 (Fig. 1) into the cavity 21 through the oil supply channels 37 and 38 (Fig. 2) having a profiled surface, alternately closed the cavity of the longitudinal grooves formed by the adjacent end surfaces of the faceplates 12, 13 and the pistons 8 and 9, respectively, separated from each other by the body of the finger. Oil enters the cavity of the oil pump at the time of increasing their volumes, for example, through channels 48 and 51 (Fig. 3) with a relative displacement of the pistons 8 and 9 to the center of the cylinder block 6. At this section of the movement, the oil supply channels 37 and 38 / Fig.2 / connected to channels 48 and 51 (Fig. 3). The channels 49 and 50 are disconnected from the oil supply channels 37 and 38 and the oil is displaced by pistons 8, 9 from adjacent cavities of the longitudinal grooves 17, 18, 19, 20 through the openings 23 and 24 (Fig. 1) into the compression cavity, into the central part cylinder 7. When the pistons 8 and 9 move to the periphery, the oil supply channels 37 and 38 (Fig. 2) are disconnected from the channels 48 and 51 (Fig. 3) and connected to the channels 49 and 50.

Масло из полости 21 поступает в увеличивающиеся полости продольных пазов 17, 18, 19 и 20 и одновременно вытесняется через отверстия 25 и 26 из смежных полостей в надпоршневое пространство цилиндра 7, где на этом участке движения происходит процесс сжатия. Oil from the cavity 21 enters the increasing cavities of the longitudinal grooves 17, 18, 19 and 20 and is simultaneously displaced through the openings 25 and 26 from the adjacent cavities into the over-piston space of the cylinder 7, where the compression process takes place in this section of motion.

Соединение и разъединение каналов, окон всасывания и нагнетания с впускными и выпускными отверстиями, выполненными в блоке цилиндров, происходит благодаря взаимному смещению планшайб и блока цилиндров в ходе вращения. The connection and separation of the channels, suction and discharge windows with inlet and outlet openings made in the cylinder block occurs due to the mutual displacement of the faceplates and cylinder block during rotation.

Всасывание газа в периферийные полости цилиндра 7 происходит из плоскости всасывания 3 (фиг. 1) по напорным каналам 31 и 32 (фиг. 2) через окна всасывания 29 и 30, планшайбы 12 и впускные отверстия 39 и 40 (фиг.3), выполненные на торцовой поверхности блока цилиндра 6, прилегающей к планшайбе 12. Профиль окон всасывания 29 и 30 выполнен с учетом соединения их с впускными отверстиями 39 и 40 соответственно в момент начала всасывания (положение I для поршня 8, фиг. 6) и разъединения в момент начала сжатия (положение V). Gas is sucked into the peripheral cavities of the cylinder 7 from the suction plane 3 (Fig. 1) through the pressure channels 31 and 32 (Fig. 2) through the suction windows 29 and 30, the faceplates 12 and the inlets 39 and 40 (Fig. 3) made on the end surface of the cylinder block 6 adjacent to the faceplate 12. The profile of the suction windows 29 and 30 is made taking into account their connection with the inlet openings 39 and 40, respectively, at the time of suction start (position I for piston 8, Fig. 6) and disconnect at the time of start compression (position V).

Нагнетание газа из периферийных полостей цилиндра 7 происходит через выпускные отверстия 41, 42 (фиг.3), выполненные на торцовой поверхности блока цилиндров 6, прилегающей к планшайбе 13, и через окна нагнетания 52, 53 (фиг. 4) планшайбы 13. Газ после выхода из окон нагнетания 52 и 53 проходит по каналам 55, 56 и 57 и поступает в выпускные отверстия 58 (фиг. 4, 5) и 28 (фиг. 1, 5). Профилирование окон нагнетания 52 и 53 (фиг. 4) выполнено в зависимости от принятой степени сжатия, что соответствует соединению окон с выпускными отверстиями 41 и 42 (фиг. 3) соответственно, а разъединение их происходит в момент полного вытеснения газа из полости цилиндра /положение I для поршня 8, фиг. 6/. The injection of gas from the peripheral cavities of the cylinder 7 occurs through the outlet openings 41, 42 (Fig. 3), made on the end surface of the cylinder block 6 adjacent to the faceplate 13, and through the discharge windows 52, 53 (Fig. 4) of the faceplate 13. Gas after exit from the discharge windows 52 and 53 passes through the channels 55, 56 and 57 and enters the outlet openings 58 (Fig. 4, 5) and 28 (Fig. 1, 5). The profiling of the discharge windows 52 and 53 (Fig. 4) is made depending on the compression ratio adopted, which corresponds to the connection of the windows with the outlet openings 41 and 42 (Fig. 3), respectively, and their separation occurs at the time of complete displacement of the gas from the cylinder cavity / position I for the piston 8, FIG. 6 /.

Всасывание и нагнетание газа в центральную часть цилиндра 7 происходит через отверстие впуска-выпуска 43 (фиг. 1, 3). The suction and injection of gas into the Central part of the cylinder 7 occurs through the inlet-outlet opening 43 (Fig. 1, 3).

В процессе всасывания с отверстием 43 соединяется окно всасывания 61 (фиг. 4), которое связано с полостью всасывания 3 (фиг. 1) напорным каналом 62 (фиг. 5). В процессе нагнетания газа с отверстием 43 соединяется окно нагнетания 54 (фиг. 4), откуда газ поступает в выпускное отверстие 58 (фиг. 5). During the suction process, a suction window 61 (Fig. 4) is connected to the hole 43, which is connected to the suction cavity 3 (Fig. 1) by the pressure channel 62 (Fig. 5). In the process of gas injection, a discharge window 54 (Fig. 4) is connected to the hole 43, from where gas enters the outlet 58 (Fig. 5).

Для обеспечения заданных удельных контактных давлений на торцовых прилегающих поверхностях блока цилиндров 6 и планшайб 12 и 13 в разгрузочные камеры 33 и 34 (фиг. 2) планшайбы 12 подается масло из полости 21 (фиг. 1, 2) по соединительным каналам 35 и 36. В разгрузочный кольцевой карман 59 (фиг. 4) масло подается через сквозное отверстие подачи масла 44 (фиг. 3) из разгрузочного кармана 33 (фиг. 2). Разделительный канал 60 (фиг.4), находящийся также под давлением масла, снижает протечки газа из окна нагнетания 54 на всасывание. To ensure the specified specific contact pressures on the end adjacent adjacent surfaces of the cylinder block 6 and the faceplates 12 and 13, oil is supplied from the cavity 21 (FIG. 1, 2) through the connecting channels 35 and 36 to the discharge chambers 33 and 34 (FIG. 2) of the faceplate 12. In the annular discharge pocket 59 (Fig. 4), oil is supplied through the through-hole oil supply 44 (Fig. 3) from the unloading pocket 33 (Fig. 2). The separation channel 60 (figure 4), which is also under oil pressure, reduces gas leakage from the discharge window 54 to the suction.

Результирующая осевая сила воспринимается упорной частью подшипника 15 (фиг. 1). The resulting axial force is perceived by the thrust part of the bearing 15 (Fig. 1).

Для частичного снижения инерционных нагрузок, возникающих в результате переменных окружных скоростей планшайб и соединенных с ним поршней, в гидростатические карманы 46 поршней 8 и 9 подается масло из разгрузочных карманов 33 и 34 (фиг. 2) через отверстия 47 (фиг. 3). В связи с этим разгрузочные карманы выполнены фигурными с целью постоянного их соединения с отверстиями 47 независимо от взаимного смещения планшайбы 12 и блока цилиндров 6. To partially reduce the inertial loads resulting from the variable peripheral speeds of the faceplates and the pistons connected to it, oil is supplied to the hydrostatic pockets 46 of the pistons 8 and 9 from the unloading pockets 33 and 34 (Fig. 2) through the openings 47 (Fig. 3). In this regard, the unloading pockets are made curly for the purpose of their constant connection with the holes 47, regardless of the mutual displacement of the faceplate 12 and the cylinder block 6.

Claims

1. A rotary piston machine comprising a housing, a cover, bearings, a support pin, a cylinder block with radially opposed opposed cylinders and pistons installed therein, connected to a faceplate, the axis of rotation of which is offset parallel to the axis of rotation of the cylinder block, synchronizers of rotation of the faceplate and block cylinders, channels and windows for supplying and discharging a working medium, characterized in that two pistons of the same mass are located in opposed cylinders of the cylinder block at equal distances from its center of rotation, soy each is centered in the center of its mass, pivotally with one of the two faceplates, the axis of rotation of which is offset from the axis of rotation of the cylinder block in diametrically opposite sides by the same amount, with a finger passing through longitudinal grooves made on the end surfaces of the cylinder block, with lateral clearances providing non-contact arrangement of the piston in the cylinder.

2. The rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the cylinders and pistons are not circular.

3. The rotary piston machine according to claims 1 and 2, characterized in that on the part of the piston surface two diametrically opposite hydrostatic pockets are made, each of which is connected to a pressure source.

4. The rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the end surfaces of the faceplates and the cylinder block adhere to each other without gaps with the formation of distribution windows, sealing channels and discharge cavities on their surfaces.

5. The rotary piston machine according to claims 1 and 4, characterized in that the faceplates are adjacent to opposite end surfaces of the cylinder block with a portion of the distribution windows for suction and discharge on opposite sides thereof.

6. The rotary piston machine according to claims 4 and 5, characterized in that each suction window located in the faceplate body is connected by a dynamic pressure channel with a low-pressure cavity.

7. The rotary piston machine according to claim 1, characterized in that each cavity of the longitudinal groove, separated from each other by the body of the finger and formed by the end surface of the faceplate and the surface of the piston, is alternately connected to a source of high and low pressure liquid.