RU2125163C1

RU2125163C1 - Rotary-piston machine

Info

Publication number: RU2125163C1
Application number: RU96115587A
Authority: RU
Inventors: Алексей Тимурович Мирзоев; Тимур Бердиевич Мирзоев
Original assignee: Алексей Тимурович Мирзоев; Тимур Бердиевич Мирзоев
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compressors, pumps, gas-expansion machines, engines. SUBSTANCE: each of pistons installed at least in two pairs of opposite cylinders is hinge connected, in center of mas by pin passing through longitudinal slots made in end face walls of cylinder block, with one of rotary tables whose axes of rotation are displaced relative to axis of cylinder block rotation through equal value in opposite sides for each pair of pistons. Pockets are made on opposite side surfaces of each piston in planes square to plane of rotation. Each pocket is connected with one of planes of longitudinal slot separated from each other by body of pin and formed by end face surface of rotary table and surface of piston. plane formed by intersection of opposite cylinders and end face surfaces of pistons is connected with liquid source exposed to gauge pressure. EFFECT: enhanced reliability and increased operating speed owing to dynamic balancing of all members of machine. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим машинам и может быть использовано в качестве компрессором, насосов, детандеров, двигателей. The invention relates to power machines and can be used as a compressor, 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.

Например, известен кулисный механизм роликопоршневого насоса с двойным кривошипом (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, том. V, Наука, М. : 1976, с. 163, N 226), содержащий корпус, ротор с направляющими, в которых поступательно перемещаются ползуны шарнирно соединительные с двойным кривошипом, ось вращения которого расположена со смещением относительно оси вращения ротора. При этом, ползуны находятся в разных плоскостях по длине ротора. For example, the rocker mechanism of a piston roller pump with a double crank is known (II Artobolevsky. Mechanisms in modern technology, vol. V, Nauka, M.: 1976, p. 163, N 226), containing a housing, a rotor with guides in which translationally the sliders are pivotally connected with a double crank, the axis of rotation of which is displaced relative to the axis of rotation of the rotor. At the same time, the sliders are in different planes along the length of the rotor.

Недостатком известного насоса является динамическая неуравновешенность его подвижных частей ротора и кривошипа, вследствие:
1. Качательного движения ползуна вокруг шарнира, с помощью которого он соединяется с кривошипом, когда центр масс ползуна не совпадает с центром его вращения вокруг шарнира.A disadvantage of the known pump is the dynamic imbalance of its moving parts of the rotor and crank, due to:
1. The swinging motion of the slider around the hinge, with which it connects to the crank when the center of mass of the slider does not coincide with the center of its rotation around the hinge.

2. Изменения расстояния центра масс ползуна от центра вращения ротора в течение одного оборота. 2. Changes in the distance of the center of mass of the slider from the center of rotation of the rotor during one revolution.

3. Несимметричности расположения ползунов относительно центра вращения ротора и их расположения в разных плоскостях по длине ротора. 3. The asymmetry of the location of the sliders relative to the center of rotation of the rotor and their location in different planes along the length of the rotor.

Вторым недостатком известного насоса является неуравновешенность инерционных и газовых сил и моментов, действующих на подшипники ротора и кривошипа. The second disadvantage of the known pump is the imbalance of inertial and gas forces and moments acting on the bearings of the rotor and crank.

Известна поршневая машина (RU, 2016204, F 01 B 13/04, опубл. 15.07.94. Бюл. 13), содержащая раму с опорами, параллельные валы, два дугообразных элемента, каждый из которых соединен с одним из валов, при этом, в каждом выполнены два оппозитных цилиндра, в которых расположены поршни, соединенные между собой жестко штоком. Кроме того, все четыре поршня соединены между собой крестовиной с расположением поршней под углом, отличным от 90 град. Таким образом, поршни через штоки и крестовину соединены в одну общую симметричную систему, центр масс которой при вращении дугообразных элементов движется по определенной траектории, не совпадающей с центрами вращения дугообразных элементов. Постоянно изменяющееся расстояние центра масс поршневой системы от центров вращения дугообразных элементов в течение одного оборота приводит к неуравновешенности обеих роторов. Known piston machine (RU, 2016204, F 01 B 13/04, publ. 15.07.94. Bull. 13), containing a frame with supports, parallel shafts, two arcuate elements, each of which is connected to one of the shafts, while in each, two opposed cylinders are made, in which pistons are located, rigidly connected to each other by a rod. In addition, all four pistons are interconnected by a cross with the location of the pistons at an angle other than 90 degrees. Thus, the pistons through the rods and the crosspiece are connected into one common symmetric system, the center of mass of which during rotation of the arcuate elements moves along a certain path that does not coincide with the centers of rotation of the arcuate elements. The constantly changing distance of the center of mass of the piston system from the centers of rotation of the arcuate elements during one revolution leads to the imbalance of both rotors.

Описанный недостаток ограничивает функциональные возможности известной машины, так как радиальные силы инерции, возникающие при этом, зависят от суммарной массы поршневой системы, от величины смещения осей вращения дугообразных элементов, а также от угловой скорости приводного вала. The described disadvantage limits the functionality of the known machine, since the radial inertial forces arising in this case depend on the total mass of the piston system, on the displacement of the rotation axes of the arcuate elements, as well as on the angular velocity of the drive shaft.

Вторым недостатком известной поршневой машины является неуравновешенность инерционных и газовых сил и моментов вследствие одностороннего смещения оппозитных поршней при вращении. The second disadvantage of the known piston machine is the imbalance of inertial and gas forces and moments due to the unilateral displacement of the opposed pistons during rotation.

Известны поршневые машины (RU, 2016205, 2016206, 2016207, F 01 B 13/04, опубл. 15.07.94. Бюл. N 13; патент 2030594, Россия, F 01 B 13/04, опубл. 10.03.95, Бюл. N 7), объединенные общей идеей; соединения поршней в единую жесткую систему, совершающую относительно вращающихся роторов (дугообразных элементов) сложное планетарное движение, которое вызывает неуравновешенность роторов, по аналогичной схеме, описанной выше. Known piston machines (RU, 2016205, 2016206, 2016207, F 01 B 13/04, publ. 07/15/94. Bull. N 13; patent 2030594, Russia, F 01 B 13/04, publ. 10.03.95, Bull. N 7), united by a common idea; connecting the pistons into a single rigid system that makes relatively planetary rotors (arched elements) a complex planetary movement that causes the rotors to become unbalanced, according to a similar scheme described above.

В частности, в известной поршневой машине (RU, 2016205) введены вал отбора мощности с эксцентриком, на котором с возможностью вращения установлена крестовина с поршнями, набор шестерен для синхронизации вращения элементов корпуса с передаточным отношением 2:1, противовесы, жестко закрепленные на валу отбора мощности для уравновешивания инерционных сил поршневой системы, центр масс которой движется по круговой орбите, определенной эксцентриком вокруг оси вала отбора мощности. Попытка с помощью противовесов уравновесить машину не может дать эффекта в связи с тем, что противовесы вращаются со скоростью вала отбора мощности в два раза быстрее, чем поршневая система, связанная с элементами корпуса. In particular, in the well-known piston machine (RU, 2016205), a power take-off shaft with an eccentric is introduced, on which a cross with pistons is mounted with rotation, a set of gears for synchronizing the rotation of the housing elements with a gear ratio of 2: 1, counterweights, rigidly fixed to the selection shaft power to balance the inertial forces of the piston system, the center of mass of which moves in a circular orbit defined by an eccentric around the axis of the power take-off shaft. An attempt to balance the machine with the help of counterweights cannot have an effect due to the fact that the counterweights rotate with the speed of the power take-off shaft twice as fast as the piston system connected with the housing elements.

Кроме того, введение в конструкцию двух наборов шестерен создает сложную замкнутую кинематическую схему. In addition, the introduction to the design of two sets of gears creates a complex closed kinematic scheme.

В известной поршневой машине (RU, 2016206) поршни жестко соединены между собой наружным кольцом, воспринимающим центробежные силы. Однако данная поршневая система также совершает сложное планетарное движение и не устраняет недостаток, связанный с динамической неуравновешенностью машины и несимметричностью действия сил и моментов, действующих на опоры. In the well-known piston machine (RU, 2016206), the pistons are rigidly interconnected by an outer ring that receives centrifugal forces. However, this piston system also makes a complex planetary motion and does not eliminate the disadvantage associated with the dynamic imbalance of the machine and the asymmetry of the forces and moments acting on the bearings.

В известной поршневой машине (RU, 2016207) кинематическая схема подобна схеме изобретения RU, 2016205 с введением карданного вала и диска с эксцентрично смещенным сферическим гнездом. Данные элементы не устраняют причину, вызывающую динамическую неуравновешенность машины, то есть планетарное движение поршневой системы по круговой орбите, определяемой эксцентриситетом сферического гнезда диска. In the known piston machine (RU, 2016207), the kinematic scheme is similar to the scheme of the invention RU, 2016205 with the introduction of a cardan shaft and a disc with an eccentrically offset spherical socket. These elements do not eliminate the cause of the dynamic imbalance of the machine, that is, the planetary movement of the piston system in a circular orbit, determined by the eccentricity of the spherical disk nest.

В известной поршневой машине (2030594, Россия) цилиндры двух пар оппозитных поршней соединены между собой с помощью крестовины, соединенной с приводным валом, который приводится во вращение зубчатой передачей. In a known piston machine (2030594, Russia), the cylinders of two pairs of opposed pistons are interconnected by means of a cross connected to a drive shaft, which is driven by a gear transmission.

Каждая пара оппозитных поршней соединены между собой и с одним из кривошипов, ось вращения которой смещена относительно оси вращения цилиндров, и имеет возможность перемещения в цилиндрах. Перемещение пары оппозитных поршней в одну сторону приводит к недостаткам, описанным выше, в связи с несимметричностью действия инерционных и газовых сил и моментов, действующих на опоры блока цилиндров и кривошипов, а также в связи с динамической неуравновешенностью машины, приводящей к необходимости введения в конструкцию специальных балансировочных устройств. Each pair of opposed pistons is interconnected and with one of the cranks, the axis of rotation of which is offset from the axis of rotation of the cylinders, and has the ability to move in the cylinders. Moving a pair of opposed pistons in one direction leads to the disadvantages described above, due to the asymmetry of the inertial and gas forces and moments acting on the bearings of the cylinder block and cranks, as well as due to the dynamic imbalance of the machine, which necessitates the introduction of special balancing devices.

Известна поршневая машина (Швейцария, 540427, F 01 B 13/06, F 04 B 1/10, публ. 28.09.1973), содержащая корпус, установленный на цапфе, в радиальных цилиндрах которого установлены поршни, скользящие наружной частью по плоским поверхностям, образованными на внутренней поверхности барабана, соединенного с приводным валом и расположенным относительно корпуса с эксцентриситетом, гидростатические карманы, выполненные на торцевых поверхностях наружных частей поршней, полости которых соединены отверстиями с рабочей полостью цилиндра, синхронизатор вращения корпуса и барабана, выполненного по принципу карданного вала с использованием призматических шпонок, закрепленных попарно на торцах барабана и корпуса, поводковой пластины, окна и каналы подвода и отвода рабочей среды, выполненных в теле цапфы. Known piston machine (Switzerland, 540427, F 01 B 13/06, F 04 B 1/10, publ. 09/28/1973), comprising a housing mounted on a pin, in the radial cylinders of which are installed pistons, sliding the outer part on flat surfaces, formed on the inner surface of the drum connected to the drive shaft and located relative to the housing with an eccentricity, hydrostatic pockets made on the end surfaces of the outer parts of the pistons, the cavities of which are connected by openings with the working cavity of the cylinder, pus and drum, made on the principle of a driveshaft using prismatic keys, mounted in pairs on the ends of the drum and the housing, the lead plate, windows and channels for supplying and discharging the working medium, made in the body of the journal.

В данной конструкции решены вопросы сбалансированности вращающихся частей машины: барабана с поршнями, прижатыми к его внутренней поверхности центробежными силами и корпуса, при условии, что поршни в цилиндрах расположены с зазором и поэтому не влияют на уравновешенность корпуса. In this design, the issues of balancing the rotating parts of the machine are solved: a drum with pistons pressed against its inner surface by centrifugal forces and the body, provided that the pistons in the cylinders are located with a gap and therefore do not affect the balance of the body.

Это справедливо, учитывая наличие синхронизатора: шпонок и поводковой пластины, через которые передается крутящийся момент от барабана на корпус. Однако при этом поводковая пластина совершает сложное планетарное движение при вращении, вводя динамическую неуравновешенность барабана и корпуса. This is true, given the presence of a synchronizer: keys and a lead plate, through which torque is transmitted from the drum to the housing. However, in this case, the driving plate makes a complex planetary motion during rotation, introducing dynamic imbalance of the drum and the housing.

Кроме того, необходимо отметить ряд других недостатков известной машины: сложение центробежных сил с газовыми, близкое взаимное расположение окон всасывания и нагнетания, что приведет к увеличению количества перетекаемого газа от нагнетания к всасыванию, малая протяженность окон всасывания и нагнетания, близкое взаимное расположение каналов подвода и отвода рабочей среды, что вызовет подогрев всасываемого газа и ухудшение коэффициента подачи, увеличенный объем "мертвого" пространства, образуемый отверстием, соединяющим подпоршневую рабочую полость цилиндра с полостью гидростатического кармана, неуравновешенность газовой силы, действующей на консольно закрепленную цапфу. In addition, it is necessary to note a number of other disadvantages of the known machine: the addition of centrifugal forces with gas, the close relative position of the suction and discharge windows, which will lead to an increase in the amount of gas flowing from the discharge to the suction, the small length of the suction and discharge windows, the close mutual arrangement of the supply and removal of the working medium, which will cause heating of the suction gas and the deterioration of the delivery coefficient, an increased amount of "dead" space formed by the hole connecting the piston the working cavity of the cylinder with the cavity of the hydrostatic pocket, the imbalance of the gas force acting on the cantilevered pin.

Известна ротационная машина объемного вытеснения (SU, 1800104, A1, F 04 B 29/00, F 01 B 13/06, опубликованная 7.03.93 г, Бюл. N 9), выбранная в качестве прототипа, содержит корпус, неподвижную ось, жестко закрепленной 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. Known rotary volume displacement machine (SU, 1800104, A1, F 04 B 29/00, F 01 B 13/06, published March 7, 93, Bull. No. 9), selected as a prototype, contains a housing, a fixed axis, rigidly fixed in the housing, at the free end of which the cylinder block with pistons is mounted rotatably, a drive shaft connected to the faceplate and mounted on bearings in the cover with an offset relative to the center of the body, connecting rods connecting the faceplate to the pistons, synchronizers made in the form of additional connecting rods, one end of which is a hinge connected to a faceplate, and a second articulated well - block with cylinders, the working medium supply and removal channels are formed in the body axis, connected with the cylinder space by means of openings formed in the intermediate sleeve.

К недостаткам известной машины можно отнести использование в конструкции шатунов как в качестве элементов, содержащих поршни с планшайбой, так и в качестве синхронизаторов движения. 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. The disadvantages of the known machine include the use in the design of the connecting rods as elements containing pistons with a faceplate, and as synchronizers of movement. When the connecting rods rotate, they make a rocking motion, 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 dynamic imbalance of the faceplate, provided that there is a gap between the pistons and the cylinders.

Качательное движение синхронизирующих шатунов также вводят переменный дисбаланс, влияющий на уравновешанность как планшайбы, так и блока цилиндров. The oscillating movement of the synchronizing connecting rods also introduce a variable imbalance, affecting the balance of both the faceplate and the 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: 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, неуравновешанность инерционных и газовых сил, действующих на консольно закрепленную ось. At the same time, 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 a number of other disadvantages: the addition of centrifugal forces with gas, the proximity of the suction and discharge windows relative to each other, the small length of the suction and discharge windows, the close mutual arrangement of the channels for supplying and discharging the working medium, the imbalance of the inertial and gas forces acting on the console axis.

Цель изобретения - повышение надежности роторно-поршневой машины Алеши при увеличении ее быстроходности путем динамической уравновешенности всех ее звеньев, и взаимного уравновешивания радиальных и тангенциальных сил, действующих на блок цилиндров, и обеспечения бесконтактного перемещения поршней в цилиндрах. The purpose of the invention is to increase the reliability of the rotary piston machine Alyosha while increasing its speed by dynamically balancing all its links, and mutual balancing of the radial and tangential forces acting on the cylinder block, and ensuring contactless movement of the pistons in the cylinders.

Указанная цель достигается тем, что роторно-поршневая машина Алеши, содержащая корпус, крышку, подшипники, опорную цапфу, блок цилиндров с радиально-расположенными в одной плоскости оппозитными цилиндрами и установленными в них поршнями, шарнирно связанными с помощью шатунов с планшайбой, ось вращения которой смещена параллельно относительно оси вращения блока цилиндров, отличающейся тем, что каждый из поршней, установленных по крайней мере в двух парах оппозитных цилиндров, соединенный шарнирно в центре его массы пальцем, проходящим через продольные пазы, выполненные в торцевых стенках блока цилиндров с одной из планшайб, оси вращения которых смещены относительно оси вращения блока цилиндров на одинаковую величину в противоположные стороны для каждой пары оппозитных поршней равных массе и равноудаленных от центра вращения блока цилиндров с обеспечением расположения поршней, установленных в разных оппозитных цилиндрах в противоположных положениях друг относительно друга. This goal is achieved by the fact that the rotary piston machine Alesha, comprising a housing, a cover, bearings, a support pin, a cylinder block with opposed cylinders radially spaced in the same plane and installed pistons in them, pivotally connected by means of connecting rods with a face plate, the axis of rotation of which offset parallel to the axis of rotation of the cylinder block, characterized in that each of the pistons installed in at least two pairs of opposed cylinders, pivotally connected in the center of its mass by a finger passing h cutting longitudinal grooves made in the end walls of the cylinder block with one of the faceplates, the axis of rotation of which is offset from the axis of rotation of the cylinder block by the same amount in opposite directions for each pair of opposed pistons equal to the mass and equidistant from the center of rotation of the cylinder block with the arrangement of the pistons installed in different opposed cylinders in opposite positions relative to each other.

Соединение каждого поршня с одной планшайбой, выполняющей роль кривошипа, шарнирно с помощью пальца, проходящего через центр массы поршня, позволяет исключить влияние качательного движения поршня, которое происходит в течение одного оборота, на динамическую сбалансированность вращающейся вокруг своей оси системы: планшайба-палец-поршень. The connection of each piston with one faceplate acting as a crank pivotally using a finger passing through the center of mass of the piston eliminates the influence of the oscillating movement of the piston that occurs during one revolution on the dynamic balance of the system rotating around its axis: faceplate-finger-piston .

Смещение осей вращения планшайб, соединенных с поршнями, установленными в одной оппозитной паре цилиндров, относительно оси вращения блока цилиндров на одинаковую величину в противоположные стороны, позволяет взаимоуравновесить силы трения, возникающие в паре: поршень-цилиндр, силы, возникающие при сжатии газа и радиальные составляющие инерционных: центробежных и тангенциальных сил, возникающих при неравномерном вращении планшайбы с поршнем вокруг ее оси вращения. The displacement of the axis of rotation of the faceplates connected to the pistons installed in the opposite cylinder pair relative to the axis of rotation of the cylinder block by the same amount in opposite directions allows one to balance the friction forces arising in the pair: piston-cylinder, forces arising from gas compression and radial components inertial: centrifugal and tangential forces arising from the uneven rotation of the faceplate with the piston around its axis of rotation.

Обеспечение расположения поршней, установленных в разных оппозитных парах в противоположных положениях друг относительно друга, а также, выполнение каждых двух систем, образованных планшайбой, соединенной пальцем с поршнем для разных оппозитных цилиндров, с одинаковыми моментами инерции, позволяет взаимно уравновесить крутящие моменты инерционных тангенциальных сил, действующих на блок цилиндров. Ensuring the location of the pistons installed in different opposed pairs in opposite positions relative to each other, as well as the implementation of each two systems formed by a faceplate connected by a finger to the piston for different opposed cylinders with the same moments of inertia, can mutually balance the torques of inertial tangential forces, acting on the cylinder block.

Возможно, каждый из двух карманов, выполненных на противоположных сторонах боковых поверхностей поршня, в плоскостях перпендикулярных плоскости вращения, соединить отверстием с одной из полостей продольного паза, отделенных друг от друга телом пальца и образованных торцевой поверхностью планшайбы и боковой поверхностью поршня. Это дает возможность подвести масло под избыточным давлением в карман поршня, расположенным со стороны прижатия поршня к поверхности цилиндра и одновременно понизить давление масла в кармане, расположенным на противоположной боковой его поверхности. При этом, возникает гидростатический эффект, позволяющий обеспечивать бесконтактное перемещение поршня в цилиндре, тем самым, повышая скорость скольжения поршня в цилиндре, и уменьшая их износ. При изменении направления действия инерционных сил распределение давления масла в карманах поршня меняется на обратное. It is possible that each of the two pockets made on opposite sides of the piston lateral surfaces, in planes perpendicular to the plane of rotation, is connected with an opening to one of the cavities of the longitudinal groove, separated from each other by the body of the finger and formed by the end surface of the face plate and the side surface of the piston. This makes it possible to bring the oil under excess pressure into the piston pocket located on the side of the piston pressing against the cylinder surface and at the same time lower the oil pressure in the pocket located on its opposite side surface. In this case, a hydrostatic effect occurs, which allows for non-contact movement of the piston in the cylinder, thereby increasing the sliding speed of the piston in the cylinder and reducing their wear. When the direction of action of inertial forces changes, the distribution of oil pressure in the piston pockets changes to the opposite.

Возможно, полость, образованную пересечением оппозитных цилиндров и торцевыми поверхностями поршней соединить с источником жидкости, находящейся под избыточным давлением для создания гидрозатвора в подпоршневых полостях с целью предотвращения перетечек газа по зазорам между поршнями и цилиндрами из полости сжатия. It is possible to connect the cavity formed by the intersection of the opposed cylinders and the end surfaces of the pistons with a source of fluid under overpressure to create a water seal in the piston cavities in order to prevent gas leakage through the gaps between the pistons and cylinders from the compression cavity.

Таким образом, сравнение с прототипом показывает, что в заявляемой машине в результате достижения ее динамической уравновешенности, уравновешенности радиальных составляющих газовых и инерционных сил и сил трения, которые действуют на опоры блока цилиндров, уравновешенности крутящих моментов инерционных тангенциальных сил, приведенных к центру вращения блока цилиндров, организации бесконтактного перемещения поршня в цилиндре при использовании кинематической пары: продольный паз - палец в качестве маслонасоса, образования гидрозатвора в подпоршневой полости, предотвращающей перетечки газа из полости сжатия, проявляются новые свойства, которые позволяют повысить надежность и коэффициент полезного действия роторно-поршневой машины при повышении ее быстроходности. Thus, a comparison with the prototype shows that in the inventive machine as a result of achieving its dynamic balance, the balance of the radial components of the gas and inertial forces and friction forces that act on the bearings of the cylinder block, the balance of the torques of the inertial tangential forces reduced to the center of rotation of the cylinder block , organization of non-contact movement of the piston in the cylinder when using a kinematic pair: a longitudinal groove - a finger as an oil pump, the formation of a water seal In the subpiston cavity, which prevents the flow of gas from the compression cavity, new properties are manifested that can improve the reliability and efficiency of the rotary piston machine with an increase in its speed.

Заявляемая роторно-поршневая машина Алеши может успешно конкурировать по надежности, коэффициенту полезного действия, быстроходности и простоте конструкции с другими типами роторных машин, например, с винтовыми маслозаполненными компрессорами или детандерами. The inventive rotary piston machine Alesha 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 с впрысками масла в рабочие полости цилиндров. The invention is further illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, which describe a rotary piston compressor with oil injections into the working cavities of the cylinders.

Фиг. 1 изображает конструктивное выполнение роторно-поршневой машины, продольный разрез, согласно изобретению. FIG. 1 shows a structural embodiment of a rotary piston machine, a longitudinal section according to the invention.

Фиг. 2 изображает поперечный разрез по линии Г-Г на фиг. 1, согласно изобретению. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line G-D in FIG. 1, according to the invention.

Роторно-поршневая машина Алеши содержит корпус 1 (фиг. 1), крышку 2, которые соединены друг с другом и образуют полость всасывания 3, соединенную с источником низкого давления газа отверстием подачи газа 4, опорные цапфы 5 и 6, закрепленные соответственно на корпусе 1 и крышке 2, блок цилиндров 7, содержащий две пары оппозитных цилиндров, в которых установлены поршни 8, 9, 10 и 11 (фиг. 1, 2), каждый из которых в центре его массы соединен шарнирно пальцем 12 с одной из планшайб 14 и 15 (фиг. 1), прилегающих плотно, без зазоров к обеим торцевым поверхностям блока цилиндров и пальцем 13 (фиг. 1, 2) с одной из планшайб 16 и 17 (фиг. 1). Пальцы 12 и 13 закреплены одним концом на планшайбах 14, 15, 16 и 17 и шарнирно установлены в отверстиях поршней 8, 9, 10 и 11 (фиг. 1, 2). Alyosha’s rotary piston machine comprises a housing 1 (Fig. 1), a cover 2 that are connected to each other and form a suction cavity 3 connected to a low pressure gas source by a gas supply opening 4, support pins 5 and 6, respectively mounted on the housing 1 and cover 2, a cylinder block 7, containing two pairs of opposed cylinders in which pistons 8, 9, 10 and 11 are installed (Figs. 1, 2), each of which in the center of its mass is pivotally connected by finger 12 to one of the faceplates 14 and 15 (Fig. 1), adjacent tightly, without gaps to both end surfaces of the block c the cylinders and the finger 13 (FIGS. 1, 2) with one of the chucks 16 and 17 (FIG. 1). The fingers 12 and 13 are fixed at one end to the faceplates 14, 15, 16 and 17 and pivotally mounted in the holes of the pistons 8, 9, 10 and 11 (Fig. 1, 2).

Оси вращения планшайб 14 и 16 (фиг. 1), соединенных соответственно с оппозитными поршнями 8 и 9, а также планшайб 15 и 17, соединенных соответственно с оппозитными поршнями 10 и 11 (фиг. 2) смещены относительно оси вращения блока цилиндров 7 (фиг. 1) для каждой пары оппозитных поршней 8-9 и 10-11 (фиг. 1, 2) на одинаковую величину в противоположные стороны. При этом, поршни, расопложенные в одной оппозитной паре имеют равные массы, центры которых находятся на одинаковых расстояниях от центра вращения блока цилиндров 7 (фиг. 1). Для разных оппозитных цилиндров диаметры поршней и соответственно их массы, расстояния центров масс и смещения осей вращения соответствующих планшайб могут быть различными. Пары оппозитных поршней 8-9 и 10-11 (фиг. 1, 2) находятся друг относительно друга в положениях, обеспечивающих их работу в противофазах термодинамического и, соответственно, кинематического циклов. Суммарные моменты инерции планшайбы 14, пальца 12 и поршня 8 (фиг. 1) равны суммарному моменту инерции планшайбы 15, пальца 12 (фиг. 2) и поршня 10. Также, равны между собой суммарные моменты инерции системы: планшайба 16 (фиг. 1) палец 13, поршень 9 системы, состоящий из планшайбы 17, пальца 13 (фиг. 2) и поршня 11. The axis of rotation of the faceplates 14 and 16 (FIG. 1), connected respectively to the opposed pistons 8 and 9, as well as the faceplates 15 and 17, respectively connected to the opposed pistons 10 and 11 (FIG. 2) are offset relative to the axis of rotation of the cylinder block 7 (FIG. . 1) for each pair of opposed pistons 8-9 and 10-11 (Fig. 1, 2) by the same amount in opposite directions. Moreover, the pistons located in the same opposed pair have equal masses, the centers of which are at equal distances from the center of rotation of the cylinder block 7 (Fig. 1). For different opposed cylinders, the diameters of the pistons and, accordingly, their mass, the distance of the centers of mass and the displacement of the axis of rotation of the respective faceplates can be different. Pairs of opposed pistons 8-9 and 10-11 (Fig. 1, 2) are relative to each other in positions that ensure their operation in antiphases of the thermodynamic and, accordingly, kinematic cycles. The total moments of inertia of the faceplate 14, finger 12 and piston 8 (Fig. 1) are equal to the total moment of inertia of the faceplate 15, finger 12 (Fig. 2) and piston 10. Also, the total moments of inertia of the system are equal: faceplate 16 (Fig. 1) ) finger 13, the piston 9 of the system, consisting of the faceplate 17, the finger 13 (Fig. 2) and the piston 11.

Планшайба 14 (фиг. 1) на прилагающих торцевых поверхностях содержит газораспределительные окна всасывания (на чертежах не показаны), которые соединяются с полостью всасывания 3. The washer 14 (Fig. 1) on the enclosing end surfaces contains gas distribution suction windows (not shown in the drawings) that are connected to the suction cavity 3.

Планшайба 15 также на прилегающих торцевых поверхностях содержит газораспределительные окна нагнетания, соединенные напорными каналами 18 с полостью нагнетания 19. Каждая планшайба 14 и 15 имеет отверстие 20 для обеспечения свободного перемещения пальцев 13 планшайб 16 и 17 при вращении блока цилиндров 7. Блок цилиндров 7 жестко соединен с приводным валом 21, установленным в подшипниках 22 и 23, выполненных соответственно в опорных цапфах 5 и 6. The faceplate 15 also on the adjacent end surfaces contains gas distribution windows connected by pressure channels 18 to the pressure cavity 19. Each faceplate 14 and 15 has an opening 20 for free movement of the fingers 13 of the faceplates 16 and 17 during rotation of the cylinder block 7. The cylinder block 7 is rigidly connected with a drive shaft 21 mounted in bearings 22 and 23, respectively made in the support pins 5 and 6.

Планшайбы 14, 15, 16 и 17 установлены соответственно на подшипниках 24, 25, 26 и 27, выполненных также на опорных цапфах 5 и 6 со смещением относительно оси подшипников 22 и 23. The plates 14, 15, 16 and 17 are mounted on bearings 24, 25, 26 and 27, respectively, also made on the support pins 5 and 6 with an offset relative to the axis of the bearings 22 and 23.

В обеих торцевых стенках блока цилиндров 7 вдоль продольной оси цилиндров для каждого поршня 8, 9, 10, 11 выполнены сквозные продольные пазы 28 (фиг. 1, 2) с обеспечением свободного радиального перемещения пальцев 12 и 13, впускные 29 и выпускные 30 отверстия, а также отверстие подачи масла 31. На противоположных боковых поверхностях поршней 8, 9, 10 и 11 выполнены карманы 32 и 33 (фиг. 2), расположенные в плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения. Полости карманов 32 и 33 соединены отверстиями 34, 35 и 36, 37 (фиг. 1, 2) соответственно с одной из полостей продольного паза, отделенных друг от друга телом пальца 12, 13 и образованных торцевыми поверхностями планшайб 14 и 15 (фиг. 1) и боковой поверхностью соответствующего поршня. Опорная цапфа 5 имеет отверстие 38, соединяющее полость 39 с источником давления масла. В центральной внутренней части блока цилиндров 7 образована полость 40, ограниченная торцевыми поверхностями поршней 8, 9, 10 и 11. Приводной вал 21 имеет напорный канал 41 и соединительные отверстия 42. На крышке 2 выполнено отверстие 43, соединенное с источником высокого давления. In both end walls of the cylinder block 7 along the longitudinal axis of the cylinders, for each piston 8, 9, 10, 11, through longitudinal grooves 28 are made (Fig. 1, 2) with free radial movement of the fingers 12 and 13, inlet 29 and outlet 30 openings, as well as an oil supply hole 31. On opposite lateral surfaces of the pistons 8, 9, 10 and 11, pockets 32 and 33 are made (Fig. 2) located in planes perpendicular to the plane of rotation. The cavity of the pockets 32 and 33 are connected by holes 34, 35 and 36, 37 (Fig. 1, 2), respectively, with one of the cavities of the longitudinal groove, separated from each other by the body of the finger 12, 13 and formed by the end surfaces of the faceplates 14 and 15 (Fig. 1 ) and the lateral surface of the corresponding piston. The support pin 5 has an opening 38 connecting the cavity 39 with a source of oil pressure. A cavity 40 is defined in the central inner part of the cylinder block 7, bounded by the end surfaces of the pistons 8, 9, 10, and 11. The drive shaft 21 has a pressure channel 41 and connecting holes 42. A hole 43 is made on the cover 2 and 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.

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

Блок цилиндров 7 (фиг. 1), приводимый во вращение через приводной вал 21 с постоянной угловой скоростью передает крутящий момент планшайбам 14, 15, 16 и 17 соответственно через боковые поверхности поршней 8, 10, 9 и 11 (фиг. 1, 2) и пальцы 12 и 13. Планшайбы 14, 15, 16, 17 (фиг. 1) вращаются с переменными угловыми скоростями, каждая вокруг своего центра, при этом, поршни 8, 9, 10, 11 (фиг. 2) совершают вращательное движение каждый по своей круговой орбите. Смещение осей вращения планшайб 14, 15, 16, 17 (фиг. 1 относительно оси вращения блока цилиндров 7 для каждой пары оппозитных поршней на одинаковую величину и в противоположные стороны приводит к симметричному перемещению оппозитных поршней 8-9 и 10-11 (фиг. 2) в цилиндрах. При этом, за один оборот в надпоршневом объеме цилиндра происходит полный цикл: всасывание, сжатие и нагнетание газа. Газ поступает через отверстие 4 (фиг. 1) в полость всасывания 3 и через окна всасывания, выполненные в теле планшайб 14 (на чертеже не показаны), поступает поочередно в каждую пару полостей оппозитных цилиндров через впускные отверстия 29 (фиг. 1, 2) при совмещении их с окнами всасывания, выполненных в планшайбе 14 (фиг. 1). После окончания процессов всасывания и сжатия и совмещения окон нагнетания, соединенных с напорными каналами 18, выполненных в теле планшайбы 15, с выпускными отверстиями 30 (фиг. 1, 2), газ вместе с маслом вытесняется поочередно из каждой пары оппозитных цилиндров и через отверстия 41, 42 и 43 (фиг. 1) поступает в нагнетательный трубопровод. The cylinder block 7 (Fig. 1), driven into rotation through the drive shaft 21 at a constant angular velocity, transmits torque to the faces 14, 15, 16 and 17, respectively, through the lateral surfaces of the pistons 8, 10, 9 and 11 (Fig. 1, 2) and fingers 12 and 13. The plates 14, 15, 16, 17 (Fig. 1) rotate with variable angular velocities, each around its center, while the pistons 8, 9, 10, 11 (Fig. 2) rotate each in its circular orbit. The displacement of the axis of rotation of the faceplates 14, 15, 16, 17 (Fig. 1 relative to the axis of rotation of the cylinder block 7 for each pair of opposed pistons by the same amount and in opposite directions leads to a symmetrical movement of the opposed pistons 8-9 and 10-11 (Fig. 2 ) in cylinders.At the same time, for one revolution in the cylinder’s supra-piston volume, a complete cycle occurs: gas is sucked in, compressed and pumped in. Gas enters through the opening 4 (Fig. 1) into the suction cavity 3 and through the suction windows made in the body of the faceplates 14 ( not shown in the drawing), arrives in turn in I blow a couple of cavities of the opposed cylinders through the inlet openings 29 (Fig. 1, 2) when combining them with the suction windows made in the faceplate 14 (Fig. 1). After the suction and compression processes and the combining of the discharge windows connected to the pressure channels 18, made in the body of the faceplate 15, with outlet openings 30 (Fig. 1, 2), the gas together with the oil is expelled alternately from each pair of opposed cylinders and through the openings 41, 42 and 43 (Fig. 1) enters the discharge pipe.

Центральная подпоршневая полость, образованная пересечением цилиндров и ограниченная торцевыми поверхностнями поршней 8, 9, 10 и 11 (фиг. 2) заполнена маслом и соединена с источником давления масла отверстиями 31 и 38 (фиг. 1). Полость, заполненная маслом, предотвращает переток газа из пары оппозитных цилиндров, в которых происходит процесс сжатия и нагнетания газа и обеспечивает поступление масла через зазоры между поршнем и цилиндром в надпоршневые полости тех цилиндров, в которых происходит процесс всасывания. Силы, возникающие в каждой оппозитной цилиндро-поршневой паре, имеют противоположные направления и равны по величине. Вследствие этого, результирующая радиальных составляющих инерционных: центробежных и тангенциальных сил, газовых сил, сил трения при приведении их к центру вращения блока цилиндров 7 (фиг. 1) равна нулю. Инерция неравномерно вращающихся масс планшайбы, пальца, поршня приводит к возникновению тангенциальных инерционных сил, приложенных в месте шарнирного соединения поршня с пальцем. Симметричное расположение каждой пары оппозитных поршней приводит к появлению суммарного крутящего момента относительно центра вращения блока цилиндров 7, направление которого меняется через 180 град. С целью частичного уравновешивания этого момента во второй паре оппозитных цилиндров поршни расположены относительно первой пары в противофазе по кинематическому и термодинамическому циклам. При этом, направление крутящих моментов систем первой и второй оппозитных пар всегда будут противоположны. При этом, равенство моментов инерции двух конструктивно одинаковых систем, находящихся в противофазах друг относительно друга, приводят к более полному уравновешиванию крутящих моментов инерционных сил, приведенных к центру вращения блока цилиндров 7. Качательное движение, совершаемое поршнями 8, 9, 10, 11 при движении каждой по своей круговой орбите не влияет на динамическую сбалансированность роторов, благодаря тому, что качание каждого поршня происходит вокруг оси пальца, проходящего через его центр масс. The central piston cavity formed by the intersection of the cylinders and bounded by the end surfaces of the pistons 8, 9, 10 and 11 (Fig. 2) is filled with oil and connected to the oil pressure source with openings 31 and 38 (Fig. 1). The cavity filled with oil prevents the flow of gas from a pair of opposed cylinders in which the gas compression and injection process takes place and ensures the flow of oil through the gaps between the piston and the cylinder into the over-piston cavities of those cylinders in which the suction process takes place. The forces arising in each opposed cylinder-piston pair have opposite directions and are equal in magnitude. As a result, the result of the radial inertial components: centrifugal and tangential forces, gas forces, and friction forces when they are brought to the center of rotation of the cylinder block 7 (Fig. 1) is zero. The inertia of the non-uniformly rotating masses of the faceplate, finger, piston leads to the appearance of tangential inertial forces applied at the joint of the piston with the finger. The symmetrical arrangement of each pair of opposed pistons leads to the appearance of the total torque relative to the center of rotation of the cylinder block 7, the direction of which changes through 180 degrees. In order to partially balance this moment in the second pair of opposed cylinders, the pistons are located relative to the first pair in antiphase along the kinematic and thermodynamic cycles. In this case, the direction of the torques of the systems of the first and second opposed pairs will always be opposite. Moreover, the equality of the moments of inertia of two structurally identical systems that are in antiphases relative to each other, leads to a more complete balancing of the torques of the inertial forces brought to the center of rotation of the cylinder block 7. The oscillating movement made by the pistons 8, 9, 10, 11 during movement each in its own circular orbit does not affect the dynamic balance of the rotors, due to the fact that the swing of each piston occurs around the axis of the finger passing through its center of mass.

Кинематические пары, образованные продольными пазами 28 (фиг. 1, 2) и проходящими через них пальцами 12 и 13, образуют замкнутые полости, ограниченные поверхностями планшайб и поршней с разделением каждой из планшайб телом пальца на две части. При относительном перемещении поршня и цилиндра палец также перемещается в продольном пазу, при этом происходит поочередное заполнение одной из полостей продольного паза маслом через отверстия, выполненные в теле планшайбы 14 (фиг. 1) (на чертеже не показаны) и вытеснение масла из другой полости продольного паза поочередно в полости карманов 32, 33 (фиг. 1, 2) через отверстия 34, 35 и 36, 37 соответственно. The kinematic pairs formed by the longitudinal grooves 28 (Figs. 1, 2) and fingers 12 and 13 passing through them form closed cavities bounded by the surfaces of the faceplates and pistons with each finger being divided into two parts by the body of the finger. With relative movement of the piston and cylinder, the finger also moves in the longitudinal groove, while one of the cavities of the longitudinal groove is alternately filled with oil through the holes made in the body of the faceplate 14 (Fig. 1) (not shown in the drawing) and the oil is expelled from the other cavity of the longitudinal the groove alternately in the cavity of the pockets 32, 33 (Fig. 1, 2) through the holes 34, 35 and 36, 37, respectively.

Например, в момент перемещения поршня 8 к центру вращения, при котором происходит торможение системы: планшайба 14 (фиг. 1), палец 12, поршень 8, силы инерции прижимают поршень к поверхности цилиндра со стороны кармана 32 (фиг. 2), при этом палец 12 (фиг. 1) перемещается также к центру вращения, вытесняет масло из полости продольного паза через отверстия 34, 35 (фиг. 1, 2) в полость кармана 32, создавая в этой полости необходимое давление, обеспечивающее бесконтактное перемещение поршня в цилиндре. Одновременно, увеличение объема продольного паза над пальцем 12 снижает давление масла в полости кармана 33 (фиг. 2), отсасывая оттуда масло через отверстия 36, 37. For example, at the moment of moving the piston 8 to the center of rotation at which the system is braked: the faceplate 14 (Fig. 1), the pin 12, the piston 8, and the inertia forces press the piston against the cylinder surface from the side of the pocket 32 (Fig. 2), while the finger 12 (Fig. 1) also moves to the center of rotation, displaces the oil from the cavity of the longitudinal groove through the holes 34, 35 (Fig. 1, 2) into the cavity of the pocket 32, creating the necessary pressure in this cavity, which ensures non-contact movement of the piston in the cylinder. At the same time, increasing the volume of the longitudinal groove above the finger 12 reduces the oil pressure in the cavity of the pocket 33 (Fig. 2), sucking the oil out through the holes 36, 37.

При движении поршня от центра и ускорения системы, силы инерции будут прижимать поршень к поверхности цилиндра со стороны кармана 33. При этом, уменьшение объема полости продольного паза, расположенного над пальцем 12 позволит создать необходимое давление в этом кармане. When the piston moves from the center and the system accelerates, inertia forces will press the piston to the cylinder surface from the side of the pocket 33. At the same time, reducing the volume of the cavity of the longitudinal groove located above the finger 12 will allow you to create the necessary pressure in this pocket.

Аналогичный процесс перераспределения давления в боковых карманах происходит и в других поршнях. A similar process of pressure redistribution in the side pockets occurs in other pistons.

Таким образом, кинематические пары: продольный паз-палец, используемая в качестве маслонасоса двухстороннего действия обеспечивает бесконтактное движение поршней, принимая на себя функции синхронизаторов движения. Thus, kinematic pairs: a longitudinal groove-finger, used as a double-acting oil pump, provides non-contact movement of the pistons, assuming the functions of motion synchronizers.

Claims

1. A rotary piston machine comprising a housing, a cover, bearings, a support pin, a cylinder block with opposed cylinders radially spaced in the same plane and mounted with pistons pivotally connected by means of connecting rods to the faceplate, the axis of rotation of which is offset parallel to the axis of rotation of the block cylinders, characterized in that each of the pistons installed in at least two pairs of opposed cylinders is pivotally connected in the center of its mass with a finger passing through longitudinal grooves made in the end face the outer walls of the cylinder block, with one of the faceplates, the axis of rotation of which is offset from the axis of rotation of the cylinder block by the same amount in opposite directions for each pair of opposed pistons of equal masses and equidistant from the center of rotation of the cylinder block with the arrangement of pistons installed in different opposed cylinders in opposite positions relative to each other.

2. The machine according to claim 1, characterized in that every two systems formed by the faceplate connected by a finger to the piston have the same moment of inertia for different opposed cylinders.

3. The machine according to claim 1, characterized in that each of two pockets made on opposite lateral surfaces of the piston in planes perpendicular to the plane of rotation is connected to one of the cavities of the longitudinal groove, separated from each other by the body of the finger and formed by the end surface of the faceplate and lateral surface of the piston.

4. The machine according to claim 1, characterized in that the cavity formed by the intersection of the opposed cylinders and the end surfaces of the pistons is connected to a source of fluid under pressure.