RU2138651C1

RU2138651C1 - Positive-displacement rotary-piston machine

Info

Publication number: RU2138651C1
Application number: RU98108880A
Authority: RU
Inventors: В.М. Колосовский
Original assignee: Колосовский Владимир Михайлович
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: proposed positive-displacement machine can be used as internal combustion engine or as compressor. Machine has housing accommodating two rotors arranged one inside the other with relative eccentrically, sealing member, intermediate member engaging with both rotors and with housing to form working chambers. Intermediate member is made in form of piston unit consisting of two opposite piston rigidly coupled in rear by members with slots parallel to each other. Inner rotor arranged inside piston unit is made of axle-shafts, and end face members rigidly interconnected inside outer rotor. Outer rotor is provided with two opposite cavities with walls parallel to each other and to rotor axis coinciding with axis of rotation of housing. EFFECT: increased efficiency and economy, enhanced reliability and manufacturability. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству роторно-поршневых машин, и может быть использовано как двигатель внутреннего сгорания или как компрессор. The invention relates to mechanical engineering, in particular to the device of rotary piston machines, and can be used as an internal combustion engine or as a compressor.

Известна роторно-поршневая машина, содержащая корпус с всасывающим и нагревательным патрубками, размещенные в корпусе с взаимным эксцентриситетом полый наружный ротор с внутренними выступами, равномерно расположенными по окружности, и внутренний ротор с цилиндрическими выступами, установленный внутри наружного ротора с образованием рабочих камер между выступами роторов, направляющий элемент, расположенный во всасывающем патрубке и ориентированный в направлении вращения роторов с образованием перепускного канала между поверхностями направляющего элемента и наружного ротора (А.С. N 1620659, F 01 C 1/10, опубл. 15, 01.91. Бюл. 2). Known rotary piston machine containing a housing with suction and heating pipes, housed in a housing with mutual eccentricity, a hollow outer rotor with inner protrusions evenly spaced around the circumference, and an inner rotor with cylindrical protrusions mounted inside the outer rotor with the formation of working chambers between the protrusions of the rotors , a guide element located in the suction pipe and oriented in the direction of rotation of the rotors with the formation of a bypass channel between the surface mi guide element and the outer rotor (A.S. N 1620659, F 01 C 1/10, publ. 15, 01.91. Bull. 2).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранная в качестве прототипа роторно-поршневая машина, содержащая корпус и расположенные в нем с взаимным эксцентриситетом один в другом два ротора, внутренний и наружный, с криволинейными цилиндрическими выступами и впадинами, при этом роторы установлены с возможностью контакта части их выступов и впадин между собой с образованием рабочих камер, а на выступах наружного ротора выполнено по две продольные уплотнительные кромки углового профиля, разнесенные одна относительно другой в направлении движения ротора (А.С. N 1563598, F 01 C 1/10, опубл. 07.05.90, Бюл. 17). Closest to the technical nature of the present invention is a rotary piston machine selected as a prototype, comprising a housing and two rotors located inside it with mutual eccentricity, internal and external, with curved cylindrical protrusions and depressions, while the rotors are installed with the possibility the contact part of their protrusions and troughs with each other with the formation of the working chambers, and on the protrusions of the outer rotor made two longitudinal sealing edges of the angular profile, spaced e one relative to the other in the direction of movement of the rotor (A.S. N 1563598, F 01 C 1/10, publ. 07.05.90, Bull. 17).

Недостатком известных роторно-поршневых машин является то, что поверхности взаимодействия роторов образованы сложными кривыми, в частности эпициклоидной и гипоциклоидной. Это требует сложной технологии и высокоточной техники изготовления такой машины, уменьшает надежность и экономичность при эксплуатации. A disadvantage of the known rotary piston machines is that the interaction surfaces of the rotors are formed by complex curves, in particular epicycloid and hypocycloid. This requires sophisticated technology and high-precision engineering for the manufacture of such a machine, reduces reliability and efficiency during operation.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении КПД и экономичности машины за счет улучшения уплотнения рабочего тела, повышении надежности и технологичности изготовления за счет применения простейших форм и поверхностей деталей. Он достигается тем, что роторно-поршневая машина объемного расширения, содержащая корпус и расположенные в нем с взаимным эксцентриситетом элементы, дополнительно снабжена промежуточным элементом, взаимодействующим с обоими роторами и корпусом с образованием рабочих камер и выполненным в виде поршневого блока, состоящего из двух оппозитных поршней, жестко связанных с тыльной стороны элементами с параллельными друг другу прорезями, при этом внутренний ротор, размещенный внутри поршневого блока, выполнен из полуосей, торцевых элементов, жестко связанных между собой внутри наружного ротора, а наружный ротор выполнен с двумя оппозитными выемками, параллельными друг другу и оси ротора, совпадающей с осью вращения корпуса. Наружный ротор выполнен в форме цилиндра с двумя углублениями для уменьшения поверхности трения, двумя полостями для уменьшения массы ротора, двумя выемками для прохода элементов поршневого блока, а оппозитные выемки выполнены с закругленными внутренними углами. Торцевые элементы внутреннего ротора выполнены в виде дисков, которые связаны между собой пальцами с роликами, взаимодействующими с поршнями поршневого блока. Уплотнительные элементы расположены на торцовых и радиальных поверхностях трения наружного ротора и на поверхности трения поршней поршневого блока. Элементы, связывающие поршни блока, выполнены в виде параллельных друг другу пластин, охватывающих с торцов наружный ротор, а рабочие поверхности поршней выполнены в виде цилиндрических сегментов. The technical result of the invention is to increase the efficiency and efficiency of the machine by improving the sealing of the working fluid, increasing the reliability and manufacturability through the use of simple shapes and surfaces of parts. It is achieved by the fact that the rotary piston volume expansion machine, comprising a housing and elements located therein with mutual eccentricity, is additionally equipped with an intermediate element interacting with both rotors and the housing to form working chambers and made in the form of a piston block consisting of two opposed pistons rigidly connected to the back side by elements with slots parallel to each other, while the internal rotor located inside the piston block is made of half shafts, end elements Rigidly interconnected within the outer rotor and the outer rotor is formed with two opposed grooves parallel to each other and to the rotor axis coinciding with the rotational axis. The outer rotor is made in the form of a cylinder with two recesses to reduce the friction surface, two cavities to reduce the mass of the rotor, two recesses for the passage of the elements of the piston block, and opposed recesses are made with rounded internal corners. The end elements of the inner rotor are made in the form of discs, which are interconnected by fingers with rollers interacting with the pistons of the piston block. Sealing elements are located on the end and radial friction surfaces of the outer rotor and on the friction surface of the pistons of the piston block. Elements connecting the pistons of the block are made in the form of plates parallel to each other, covering the outer rotor from the ends, and the working surfaces of the pistons are made in the form of cylindrical segments.

На фиг. 1 представлена общая проекция роторно-поршневой машины. In FIG. 1 shows a general view of a rotary piston machine.

На фиг. 2 представлена боковая проекция машины. In FIG. 2 shows a side view of a machine.

Роторно-поршневая машина объемного расширения содержит корпус 1 с цилиндрической поверхностью 2, торцевые крышки корпуса 3, которые имеют цилиндрические углубления 4, внутренний ротор, размещенный внутри поршневого блока и состоящий из двух торцевых элементов в виде дисков 5, расположенных в углублениях 4, выполненных вместе с полуосями 6 и жестко связанных между собой внутри наружного ротора 9 пальцами 7 с роликами 8, взаимодействующими с поршнями 13 поршневого блока, и имеющий ось вращения О с эксцентриситетом к параллельной ей оси вращения О₁ цилиндрического корпуса 1. Наружный ротор 9 выполнен в форме цилиндра с двумя радиальными углублениями 10 для уменьшения поверхности трения, двумя полостями 11 для уменьшения его массы, двумя выемками 26 для прохода элементов поршневого блока, имеет две оппозитные выемки 12 с закругленными внутренними углами 27 и стенками, параллельными друг другу и оси ротора 9, совпадающей с осью вращения О₁ корпуса. Промежуточный элемент, взаимодействующий с обоими роторами и корпусом с образованием рабочих камер А и А₁, выполнен в виде поршневого блока и состоит из двух оппозитных поршней 13 с рабочей поверхностью 14 в форме цилиндрического сегмента, жестко связанных с тыльной стороны элементами в виде параллельных друг другу пластин 15, с параллельными друг другу прорезями 16, охватывающих с торцов наружный ротор 9. Прорези 16 служат для прохода пальцев 7 с роликами 8 внутреннего ротора. Во внутреннее пространство корпуса 1 открываются отверстия 17 со свечой зажигания 18, впускные 19 и выпускные 20 каналы, запираемые клапанами 21. Уплотняется рабочее тело уплотнительными элементами, расположенными на торцевых 22 и радиальных 23 поверхностях трения наружного ротора 9 и на фронтальной 24 и боковой 25 поверхностях трения поршней 13. Объемы, заключенные между цилиндрической внутренней поверхностью корпуса 2, торцевыми крышками корпуса 3, стенками выемок наружного ротора 12 и рабочей поверхностью 14 поршней 13, являются рабочими камерами А и А₁, которые перемещаются по окружности по мере вращения роторов.The rotary piston volume expansion machine comprises a housing 1 with a cylindrical surface 2, end caps of the housing 3, which have cylindrical recesses 4, an internal rotor located inside the piston block and consisting of two end elements in the form of disks 5 located in the recesses 4, made together with half shafts 6 and fingers 7 rigidly interconnected inside the outer rotor 9 with rollers 8 interacting with pistons 13 of the piston block and having an axis of rotation O with eccentricity to a axis of rotation parallel to it About ₁ cylindrical body 1. The outer rotor 9 is made in the form of a cylinder with two radial recesses 10 to reduce the friction surface, two cavities 11 to reduce its mass, two recesses 26 for passage of the elements of the piston block, has two opposed recesses 12 with rounded inner corners 27 and walls parallel to each other and to the axis of the rotor 9, coinciding with the axis of rotation O _{1 of the} housing. The intermediate element interacting with both rotors and the housing with the formation of the working chambers A and A ₁ is made in the form of a piston block and consists of two opposed pistons 13 with a working surface 14 in the form of a cylindrical segment, rigidly connected to the back side by elements in the form of parallel to each other plates 15, with parallel slots 16, covering the ends of the outer rotor 9. The slots 16 are used for the passage of the fingers 7 with the rollers 8 of the inner rotor. Openings 17 with a spark plug 18, inlet 19 and outlet 20 channels locked by valves 21 open into the interior of the housing 1; the working fluid is sealed by sealing elements located on the end faces 22 and radial 23 of the friction surfaces of the outer rotor 9 and on the front 24 and side 25 surfaces piston friction 13. The volumes enclosed between the cylindrical inner surface of the housing 2, the end caps of the housing 3, the walls of the recesses of the outer rotor 12 and the working surface 14 of the pistons 13 are working chambers A and A _1, which are moved along the circumference with the rotation of the rotors.

Машина работает следующим образом. Рабочее тело через впускные клапаны 19 подается в рабочую камеру А. Далее рабочее тело расширяется либо потому, что предварительно сжато, либо вследствие процессов сгорания топлива. При этом рабочее тело воздействует на рабочую поверхность 14 поршня 13 и, если поршень не находится в верхней мертвой точке, то он давит на ролики 8 внутреннего ротора так, что равнодействующая этого давления не проходит через ось вращения внутреннего ротора О. Возникает вращающий момент, стремящийся повернуть внутренний ротор вокруг его оси вращения О. По мере вращения внутреннего ротора синхронно с ним в том же направлении вращается и поршневый блок, но вследствие периодического несовпадения их осей вращения, ролики 8 внутреннего ротора периодически смещаются вдоль прорези 16 по отношению к направлению равнодействующей давления поршня, что увеличивает момент вращения внутреннего ротора. Поршневый блок, в свою очередь, сообщает вращающий момент наружному ротору 9 в том же направлении, но вследствие периодического несовпадения осей вращения, поршень 13 смещается относительно стенки выемки 12 наружного ротора 9. Таким образом рабочая камера А увеличивается и рабочее тело, расширяясь, совершает полезную работу. Через выпускные каналы 20 рабочее тело выходит из рабочей камеры А. The machine operates as follows. The working fluid through the inlet valves 19 is fed into the working chamber A. Next, the working fluid expands either because it is pre-compressed, or due to combustion processes. In this case, the working fluid acts on the working surface 14 of the piston 13 and, if the piston is not in top dead center, then it presses on the rollers 8 of the inner rotor so that the resultant of this pressure does not pass through the axis of rotation of the inner rotor O. A torque appears, tending turn the inner rotor around its axis of rotation O. As the inner rotor rotates, the piston block rotates synchronously with it in the same direction, but due to the periodic mismatch of their rotation axes, the rollers 8 of the inner rotor do not periodically shift along the slot 16 with respect to the direction of the resultant pressure of the piston, which increases the rotation moment of the inner rotor. The piston unit, in turn, communicates the torque to the outer rotor 9 in the same direction, but due to the periodic mismatch of the rotation axes, the piston 13 is shifted relative to the wall of the recess 12 of the outer rotor 9. Thus, the working chamber A increases and the working fluid expands, making useful work. Through the exhaust channels 20, the working fluid leaves the working chamber A.

Claims

1. A rotary piston volume expansion machine comprising a housing and two rotors located inside it with mutual eccentricity, internal and external, sealing elements, characterized in that the machine is equipped with an intermediate element interacting with both rotors and the housing with the formation of working chambers and made in the form of a piston block, consisting of two opposed pistons, rigidly connected to the back side by elements with parallel to each other slots, with an internal rotor located inside the piston block is made of half shafts, end elements rigidly connected to each other inside the outer rotor, and the outer rotor is made with two opposed recesses with walls parallel to each other and the rotor axis coinciding with the axis of rotation of the housing.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the outer rotor is made in the form of a cylinder with two recesses to reduce the friction surface, two cavities to reduce the mass of the rotor, two recesses for the passage of the elements of the piston block, and the opposed recesses are made with rounded internal corners.

3. The machine according to claim 1, characterized in that the end elements of the inner rotor are made in the form of disks, which are interconnected by fingers with rollers interacting with the pistons of the piston block.

4. The machine according to claim 1, characterized in that the sealing elements are located on the end and radial friction surfaces of the outer rotor and on the friction surfaces of the pistons of the block.

5. The machine according to claim 1, characterized in that the elements connecting the pistons of the block are made in the form of plates parallel to each other, covering the outer rotor from the ends, and the working surfaces of the pistons are made in the form of segments.