RU2113606C1

RU2113606C1 - Compressor rotor-vane internal combustion engine

Info

Publication number: RU2113606C1
Application number: RU94030543A
Authority: RU
Inventors: Константин Баларович Бадашканов; Тимур Константинович Бадашканов
Original assignee: Константин Баларович Бадашканов; Тимур Константинович Бадашканов
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1998-06-20
Also published as: RU94030543A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: engine consists of two identical units including compressor and volumetric expansion engine. Units are ganged up axially by working shafts 3 of vanes 4 through torsion bar by covers of stators 1. Channels are made in them to deliver and intake compressed air into combustion chamber 7 with open suction and exhaust branch pipes. With two vane arrangements, two working cycles per one shaft revolution are executed, with each cycle covering not less than 210 degrees of shaft turning. EFFECT: improved serviceability of engine. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения. Близким аналогом является роторный двигатель внутреннего сгорания (авт. св. СССР N 1665052, кл. F 02 B 53/02, 1991), содержащий идентичные компрессор и двигатель объемного расширения, каждый из которых включает роторы с лопатками, эксцентрично установленными в статорах. The invention relates to the field of engine manufacturing. A close analogue is a rotary internal combustion engine (ed. St. USSR N 1665052, class F 02 B 53/02, 1991), containing the same compressor and volume expansion engine, each of which includes rotors with vanes eccentrically mounted in the stators.

Причинами, препятствующими работоспособности двигателя, являются отсутствие систем связи, охлаждение статора, ротора и лопаток, неуравновешенность лопаток, их герметизация в пределах их относительных перемещений в уплотнениях, излишним является регенеративный теплообменник и продувочное устройство камер сгорания. The reasons that hinder the engine’s performance are the lack of communication systems, cooling of the stator, rotor and blades, the imbalance of the blades, their sealing within their relative displacements in the seals, the regenerative heat exchanger and the purge device of the combustion chambers are unnecessary.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков. An object of the invention is to remedy these disadvantages.

Данная задача достигается тем, что компрессорный роторно-лопаточный двигатель внутреннего сгорания, содержащий идентичные компрессор и двигатель объемного расширения, каждый из которых включает роторы с лопатками, эксцентрично установленные в статорах, идентичные устройства агрегатированы аксиально рабочими валами лопаток через торсион, крышками статоров с кольцевой рубашкой охлаждения и каналами передачи-приема сжатого воздуха с открытыми всасом и выпуском, выполняемыми на соответствующих статорах с рубашкой охлаждения, в статорах выполнены технологические расточки на длине дуги не менее 1/4 длины внутренней окружности статора по диаметру ротора, на крышках с кольцевой рубашкой охлаждения выполнены кольцевые расточки для опоры роторов, по кривизне дуги совпадающие с технологической расточкой, эксцентрично установленные роторы выполнены полыми, сборными с внутренней полостью для охлаждения лопаток, выполненных уравновешенными и радиально проходящими через стенку ротора и снабженных вращательно-подвижным сегментным уплотнителем, установленным с вращательно-подвижной опорой в стенке ротора, лопатки соединены с полым валом, проходящим по геометрической оси статоров, при этом одна лопатка соединена с валом неподвижно с возможностью совместного с ним вращения, другая или другие соединены шарнирно, на роторе компрессора перед каждой лопаткой выполнена канавка длиной не менее 1/2 длины технологической расточки и сечением, равным воздушным каналам, выполненным в статорах, на роторе двигателя за каждой лопаткой выполнены камеры сгорания, окруженные кольцевыми канавками лабиринтного уплотнения длиной не менее 1/2 длины дуги технологической расточки сечением типа "ласточкин хвост", радиальное отверстие для установки декомпрессора на статоре компрессора выполнено в начале технологической расточки, соединяющейся с воздушным каналом, на статоре двигателя выполнено радиальное отверстие, соединенное с воздушным каналом на 1/2 длины дуги технологической расточки в статоре. This task is achieved by the fact that a compressor rotary vane internal combustion engine containing an identical compressor and a volume expansion engine, each of which includes rotors with vanes, eccentrically installed in the stators, identical devices are aggregated axially by the working shafts of the vanes through a torsion bar, stator covers with an annular jacket cooling channels and transmission-reception of compressed air with open inlet and outlet, performed on the respective stators with a cooling jacket, in the stator x technological borings were made at an arc length of not less than 1/4 of the stator inner circumference along the rotor diameter; on the covers with an annular cooling jacket, circular borings were made to support the rotors, coinciding in curvature with the technological boring, eccentrically mounted rotors are hollow, prefabricated with an internal cavity for cooling blades made balanced and radially passing through the wall of the rotor and equipped with a rotary-movable segment seal installed with rotational with a movable support in the rotor wall, the blades are connected to the hollow shaft passing along the geometrical axis of the stators, while one blade is connected to the shaft motionlessly with the possibility of joint rotation with it, the other or others are pivotally connected, on the compressor rotor a groove of at least at least one length is made in front of each blade 1/2 of the length of the technological bore and a cross section equal to the air channels made in the stators, on the engine rotor behind each blade there are combustion chambers surrounded by annular grooves of a labyrinth seal at least 1/2 the arc length of the technological bore with a dovetail section, the radial hole for installing the decompressor on the compressor stator is made at the beginning of the technological bore connected to the air channel, the radial hole is made on the engine stator connected to the air channel by 1 / 2 lengths of the technological boring arc in the stator.

Для установки топливной форсунки внутри роторов выполнены две полости с установкой подпружиненных клапанов двойного действия для сохранения балансировки ротора от переливания масла, на лопатках и сегментных уплотнителях выполнены трапецеидальные пазы, в которых установлены пластины идентичного сечения с возможностью взаимодействия с соответствующей стенкой, на крышках статоров для образования кольцевой рубашки охлаждения установлен ленточный хомут, стянутый с прорезиненной прокладкой, стыковочные торцы статоров с крышками стянуты шпильками, стыковочные крышки между устройствами стянуты болтами, при этом лопатка компрессора установлена с отставанием от лопатки двигателя на длину дуги, равную длине камеры сгорания по ходу вращения валов двигателя, между крышками образована полость, являющаяся маслосборником, а в опорах роторов выполнены маслосливные отверстия. To install the fuel nozzle inside the rotors, two cavities are made with the installation of spring-loaded double-acting valves to maintain the balance of the rotor from oil transfusion, trapezoidal grooves are made on the blades and segment seals, in which plates of identical cross section are installed with the possibility of interaction with the corresponding wall, on the covers of the stators to form annular cooling jacket installed tape clamp tightened with a rubber gasket, connecting ends of stators with lids I pull together s hairpins, low caps between devices are tightened by bolts, the vane compressor is set with a lag from the motor blades to the arc length of combustion chamber length on the direction of rotation of the engine shaft, by the lid defining a cavity, which sump, and rotor poles formed oil drain.

На развернутом чертеже показаны внутренние устройства при снятых стыковочных крышках статора и ротора, положение лопаток в устройствах, их герметизация, камера сгорания готова к приему сжатого воздуха из компрессора при направлении вращения роторов по часовой стрелке. The detailed drawing shows the internal devices with the docking covers of the stator and rotor removed, the position of the blades in the devices, their sealing, the combustion chamber is ready to receive compressed air from the compressor in a clockwise direction of rotation of the rotors.

В статорах 1 выполнены технологические расточки на длине дуги a-b не менее 1/4 длины внутренней окружности статора по диаметру ротора 2, рабочие валы 3 соединены через торсион (не показано), при этом лопатка 4 компрессора установлена с отставанием от лопатки двигателя на длину дуги, равную длине камеры сгорания 7 по ходу вращения валов двигателя, между крышками образована полость, являющаяся маслосборником, а в опорах роторов выполнены маслосливные отверстия 12, на статоре компрессора выполнено радиальное отверстие для установки клапана декомпрессора 8, соединенного с воздушным каналом 9, на статоре двигателя выполнено радиальное отверстие 10 для установки топливной форсунки, соединенной с воздушным каналом на половине дуги a-b, на роторе компрессора перед каждой лопаткой выполнена канавка 11 длиной не менее 1/2 технологической расточки сечением, равным воздушному каналу, совпадающему с радиальным отверстием (на чертеже показано пунктирной линией), на роторе двигателя за каждой лопаткой выполнены камеры сгорания длиной не менее 1/2 дуги a-b сечением типа "ласточкин хвост", окруженные канавками лабиринтных уплотнений, кривизна дуги технологической расточки, выполненной в статорах, совпадает с диаметром ротора и кольцевой расточкой для опоры эксцентрично установленных полых, сборных роторов с радиально проходящими через стенку ротора уравновешенными лопатками с внутренней полостью охлаждения, снабженными вращательно-подвижным сегментным уплотнением 5, установленным с вращательно-подвижной опорой в стенке ротора, лопатки соединены с полым рабочим валом, проходящим по геометрической оси статоров, при этом одна лопатка соединена с валом неподвижно с возможностью совместного с ним вращения, другая или другие соединены шарнирно (на чертеже показаны подшипники скольжения без нумерации позиций), установка подшипников качения зависит от геометрических размеров устройства, на крышках внутри опор ротора выполнены отверстия 12 слива масла, поступающего через полость вала для смазки и охлаждения, в полость, образованную между устройствами, - маслосборник, в трапецеидальных прорезях лопаток и сегментных уплотнителей установлены пластины идентичного сечения, прижимающиеся к соответствующим стенкам от центробежной силы, на рабочих концах лопаток выполнены лабиринтные уплотнения типа канавок, внутри ротора выполнены две полости для масла с установкой подпружиненных клапанов 6 двойного действия для сохранения балансировки ротора от переливания масла, на выходящем конце вала двигателя устанавливается диск-маховик с венечной шестерней, на выходящем конце вала компрессора устанавливается коробка приводов вспомогательного оборудования, на кольцевые рубашки охлаждения крышек устанавливаются ленточные стяжные хомуты с прорезиненной прокладкой, крышка-статор-крышка соединяются шпильками, а устройства соединяются болтами. In the stators 1, technological bores are made on the arc length ab of at least 1/4 of the length of the inner circumference of the stator along the diameter of the rotor 2, the working shafts 3 are connected through a torsion bar (not shown), while the compressor blade 4 is installed behind the motor blade by the arc length, equal to the length of the combustion chamber 7 in the direction of rotation of the engine shafts, a cavity is formed between the covers, which is an oil pan, and oil drain holes 12 are made in the supports of the rotors, a radial hole for installing the decompression valve is made on the compressor stator spring 8 connected to the air channel 9, a radial hole 10 is made on the engine stator for installing a fuel nozzle connected to the air channel on half of the arc ab, a groove 11 is made in front of each blade on the compressor rotor with a length of at least 1/2 a technological bore with a cross section equal to the air channel, which coincides with the radial hole (shown in dashed line in the drawing), on the engine rotor behind each blade there are combustion chambers with a length of at least 1/2 arc ab with a dovetail section surrounded by grooves of labyrinth seals, the curvature of the technological boring arc made in the stators coincides with the rotor diameter and the annular boring for supporting eccentrically mounted hollow, prefabricated rotors with balanced blades radially extending through the rotor wall with an internal cooling cavity equipped with a rotationally movable segment seal 5 installed with a rotary-movable support in the wall of the rotor, the blades are connected to a hollow working shaft passing along the geometrical axis of the stators, with one blade the fabric is connected to the shaft motionlessly with the possibility of rotation together with it, the other or others are pivotally connected (the drawing shows sliding bearings without numbering the positions), the installation of the rolling bearings depends on the geometric dimensions of the device, holes 12 for oil drain through holes are made on the covers inside the rotor supports a cavity of the shaft for lubrication and cooling, in the cavity formed between the devices - the oil pan, in the trapezoidal slots of the blades and segment seals installed plates of identical cross section I, pressed against the corresponding walls by centrifugal force, labyrinth seals of the groove type are made on the working ends of the blades, two oil cavities are made inside the rotor with the installation of spring-loaded double-acting valves 6 to preserve the balancing of the rotor from oil transfusion, a disk is installed on the outgoing end of the motor shaft flywheel with crown gear, an accessory drive box is installed on the outgoing end of the compressor shaft, and covers are installed on the ring shirts for cooling caps I belt tightening clamps with rubber gasket, cap-stator-casing are joined by pins, and the devices are connected by bolts.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При вращении валов устройств усилие передается лопатке, соединенной вращательно неподвижно валами, через вращательно-подвижный сегментный уплотнитель ротору, от него через вращательно-подвижный сегмент второй лопатке, за счет эксцентриситета и вращательно-подвижных сегментных уплотнителей жестко деформируются поверхности, образующие в процессе всасывания от минимума до максимума, а в процессе сжатия - от максимума до минимума, соответственно изменяют свою площадь и рабочие концы лопаток, выступающие над стенкой ротора, выполняющие функцию поршня, каждая лопатка в компрессоре выполняет одновременно процессы сжатия и выпуска, разделенные толщиной лопатки, в двигателе процессы выпуска и расширения, тоже разделенные толщиной лопатки, по мере одновременного соединения перепускного воздушного канала между устройствами и готовности приема сжатого воздуха из компрессора, движущегося по круговой орбите, в камеру сгорания подается сжатый компрессором воздух, а через топливную форсунку - топливо, дозирующееся равномерно в камере сгорания по мере продвижения камеры под технологической расточкой, в конце сжатия температура поступающего воздуха в камеру сгорания повышается, при достижении температуры топливо-воздушной смеси для сгорания начинается процесс сгорания, процессы расширения в двигателе начинаются с минимальной площади рабочего конца лопатки и минимального объема, воздействие давления газа на рабочий конец лопатки осуществляется тангенциально как бы вдогонку движущейся по круговой орбите, при этом понижающееся давление предшествующего процесса расширения компенсирует высокое давление на опоры ротора в начале расширения до прохода другой лопаткой окна впуска, шарнирно соединенная с рабочим валом лопатка, выполняющая рабочий ход, передает свои усилия через сегментный уплотнитель ротору, тот через сегментный уплотнитель лопатки, соединенной вращательно-неподвижно - валу двигателя, в двух лопаточных устройствах за один оборот рабочих валов осуществляется два рабочих цикла, каждый не менее 210 поворота рабочего вала. When the device shafts rotate, the force is transmitted to the blade connected rotationally motionless by the shafts through the rotary-movable segment seal to the rotor, from it through the rotary-movable segment to the second blade, due to the eccentricity and rotary-movable segment seals, the surfaces are rigidly deformed, which form in the process of absorption from a minimum to the maximum, and in the compression process, from maximum to minimum, respectively, their area and the working ends of the blades protruding above the rotor wall, performing ounce of the piston, each blade in the compressor simultaneously performs the compression and exhaust processes separated by the thickness of the blade, in the engine the exhaust and expansion processes also separated by the thickness of the blade, as the bypass air channel between the devices is connected at the same time and the reception of compressed air from the compressor moving in a circular manner orbit, compressed air is supplied to the combustion chamber by the compressor, and through the fuel nozzle, fuel is dosed evenly in the combustion chamber as the chamber moves under nological bore, at the end of compression, the temperature of the incoming air to the combustion chamber rises, when the temperature of the fuel-air mixture for combustion reaches the combustion process, the expansion processes in the engine begin with a minimum area of the working end of the blade and a minimum volume, the gas pressure on the working end of the blade is tangentially as it were, after moving in a circular orbit, while the decreasing pressure of the previous expansion process compensates for the high pressure rotor holes at the beginning of expansion to the passage of the other inlet of the inlet window, the vane pivotally connected to the working shaft, performing the stroke, transmits its forces through the segmented seal to the rotor, which through the segmented seal of the blade connected rotationally motionless to the motor shaft, in two vanes one revolution of the working shafts is carried out two working cycles, each not less than 210 rotation of the working shaft.

Claims

A compressor rotary vane internal combustion engine containing an identical compressor and a volume expansion engine, each of which includes rotors with vanes eccentrically mounted in the stators, characterized in that the identical devices are axially mounted by the working shafts of the vanes through a torsion bar, stators covers with an annular cooling jacket and channels of transmission and reception of compressed air with an open inlet and outlet, performed on the respective stators with a cooling jacket, in the stators are made technological bores on the arc length of at least 1/4 of the stator inner circumference along the rotor diameter, on the covers with an annular cooling jacket, circular bores are made for supporting the rotors, coinciding with the technological bore along the arc curvature, eccentrically mounted rotors are hollow, prefabricated with an internal cavity for cooling of blades made balanced and radially passing through the wall of the rotor and equipped with a rotary-movable segment with a sealant installed with a rotary-movable support nth wall of the rotor, the blades are connected to a hollow shaft passing along the geometrical axis of the stators, while one blade is connected to the shaft motionlessly with the possibility of joint rotation with it, the other or others are pivotally connected, on the compressor rotor a groove of at least 1 is made in front of each blade / 2 the length of the technological bore and the cross section equal to the air channels made in the stators, on the engine rotor behind each blade there are combustion chambers surrounded by annular grooves of the labyrinth seal with a length of at least 1/2 arc lines of the technological boring with a dovetail section, a radial hole for installing a decompressor on the compressor stator is made at the beginning of the technological boring connected to the air channel, a radial hole is made on the motor stator, connected to the air channel by 1/2 the length of the technological boring arc in stator, for installing a fuel injector, two cavities are made inside the rotors with the installation of spring-loaded double-acting valves to maintain the balance of the rotor from transfusion of ma slope, trapezoidal grooves are made on the blades and segment seals, in which plates of identical cross section are installed with the possibility of interaction with the corresponding wall, a tape clamp is installed on the roofs of the stators to form an annular cooling jacket, tightened with a rubber gasket, the connecting ends of the stators with covers are pulled together with studs, the connecting the covers between the devices are pulled together by bolts, while the compressor blade is installed behind the engine blade by an arc length equal to the length of the chamber with burning out during the rotation of the motor shaft, a cavity is formed between lids, which sump and in the bearings of the rotors formed oil drain.