RU2150589C1

RU2150589C1 - Rotary engine

Info

Publication number: RU2150589C1
Application number: RU98119368/06A
Authority: RU
Inventors: В.П. Шлапацкий
Original assignee: Шлапацкий Виктор Павлович
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: rotary engine has rotors installed in common housing and provided with cavities, engine blades and compressor blades rigidly secured on rotors for tightly overlapping sections of working spaces and sections of cavities, synchronizing gears installed on rotor shafts in separate common housing to provide equality of angular velocities of rotating rotors. Mass- dimensional characteristics of engine are improved and rotor velocity is increased by installing engine and compressor in common housing, use of conical synchronizing gears and rotors and working members operating as sealing members. Working spaces common for both rotors and having working space and combustion chamber, and special compressor providing compression of air make it possible to increase working stroke and power output of engine. EFFECT: improved mass and dimensional characteristics of engine. 5 dwg

Description

Изобретение относится к роторным двигателям и предназначено для использования на транспорте. The invention relates to rotary engines and is intended for use in transport.

Известен двигатель Трахселя с вращающимися элементами, содержащий корпус, левый ротор, вращающийся уплотнительный элемент, правый ротор (Акатов Е. И. и др. Судовые роторные двигатели.- Л.: Судостроение, 1967, с. 34-35, рис. 7б). A well-known Trachsel engine with rotating elements, comprising a housing, a left rotor, a rotating sealing element, a right rotor (Akatov E.I. et al. Ship rotary engines.- L .: Shipbuilding, 1967, p. 34-35, Fig. 7b) .

Недостатком двигателя Трахселя является применение вращающегося уплотнительного элемента со специальным приводом. The drawback of the Trachsel engine is the use of a rotating sealing element with a special drive.

Известен роторный двигатель, содержащий корпус, роторы, вращающиеся в противоположных направлениях, имеющие впадины, лопатки, жестко крепимые на роторах, плотно перекрывающие поперечное сечение рабочих полостей и сечения впадин, синхронизирующие шестерни, входящие в зубчатое зацепление, устанавливаемые на валах ротора, причем лопатки и роторы являются рабочими органами, а синхронизирующие шестерни обеспечивают равенство угловых скоростей вращения роторов (Акатов Е. И. и др. Судовые роторные двигатели.- Л.: Судостроение, 1967, с. 34-35, рис. 7г), выбранный в качестве прототипа. Known rotary engine containing a housing, rotors rotating in opposite directions, having troughs, blades, rigidly mounted on the rotors, tightly overlapping the cross section of the working cavities and the sections of the troughs, synchronizing gears included in the gearing mounted on the rotor shafts, and the blades and rotors are working bodies, and synchronizing gears ensure the equality of the angular speeds of rotation of the rotors (Akatov E.I. et al. Ship rotary engines.- L .: Sudostroenie, 1967, p. 34-35, Fig. 7d) selected as a prototype.

Недостатком многороторного двигателя является расположение камеры сгорания между роторами, в рабочем пространстве, в условиях переменных газодинамических и термических нагрузок, а также производительные затраты мощности на привод вращающихся уплотняющих элементов, сложность устройства. The disadvantage of a multi-rotor engine is the location of the combustion chamber between the rotors, in the working space, under conditions of variable gas-dynamic and thermal loads, as well as the production costs of power to drive rotating sealing elements, the complexity of the device.

Задача предлагаемого изобретения направлена на улучшение массогабаритных показателей роторного двигателя, увеличение рабочего хода путем объединения рабочих полостей роторов, при котором камера сгорания и рабочее пространство становятся общими для обоих роторов, использования лопаток двигателя одновременно в качестве рабочих органов и стенок камеры сгорания, применения роторов и лопаток в качестве уплотняющих элементов. The objective of the invention is aimed at improving the overall dimensions of a rotary engine, increasing the working stroke by combining the working cavities of the rotors, in which the combustion chamber and working space become common for both rotors, the use of engine blades simultaneously as working bodies and walls of the combustion chamber, the use of rotors and blades as sealing elements.

Поставленная задача достигается тем, что известный роторный двигатель, содержащий корпус, роторы, вращающиеся в противоположных направлениях, имеющие впадины, лопатки, жестко крепимые на роторах, плотно перекрывающие поперечное сечение рабочих полостей и сечения впадин, синхронизирующие шестерни, входящие в зубчатое зацепление, устанавливаемые на валах ротора, причем лопатки и роторы являются рабочими органами, а синхронизирующие шестерни обеспечивают равенство угловых скоростей вращения роторов, снабжен компрессором, располагаемым в общем корпусе с двигателем, роторы и синхронизирующие шестерни выполнены коническими, оси которых пересекаются, внутреннее пространство корпуса содержит рабочие полости компрессора и двигателя, отделяемые стенкой, причем каждая из полостей общая для обоих роторов, рабочая полость двигателя состоит из камеры сгорания и рабочего пространства, общими для обоих роторов, лопатки двигателя образуют одни из стенок камеры сгорания и отделяют камеру сгорания от рабочего пространства, торцевые стенки корпуса, роторов и лопатки имеют лабиринтные уплотнения, на боковых стенках роторов выполняются уплотняющие выступы и впадины, не входящие в зубчатое зацепление, лопатки и роторы являются уплотняющими элементами, синхронизирующие шестерни располагаются вне корпуса двигателя в отдельном общем корпусе и служат рабочим органом шестеренного насоса, сжатие воздуха осуществляется роторным бесклапанным компрессором, лопатки которого устанавливаются на роторах двигателя, подача сжатого воздуха регулируется роторами, имеющими окна в боковых стенках и отверстия в торцевых стенках, совмещающиеся при вращении роторов с соответствующими отверстиями в торцевых стенках корпуса. This object is achieved in that the known rotary engine, comprising a housing, rotors rotating in opposite directions, having troughs, vanes, rigidly mounted on the rotors, tightly overlapping the cross section of the working cavities and the section of the troughs, synchronizing gears included in the gear mesh, mounted on the rotor shafts, and the blades and rotors are the working bodies, and the synchronizing gears ensure the equality of the angular rotational speeds of the rotors, equipped with a compressor located in the common casing with the engine, the rotors and synchronizing gears are conical, the axes of which intersect, the internal space of the casing contains the working cavities of the compressor and the engine, separated by a wall, each of the cavities common to both rotors, the working cavity of the engine consists of a combustion chamber and a working space, common to both rotors, the engine blades form one of the walls of the combustion chamber and separate the combustion chamber from the working space, the end walls of the housing, rotors and vanes have a labyrinth seals, on the side walls of the rotors there are sealing protrusions and depressions that are not included in the gearing, the blades and rotors are sealing elements, the synchronizing gears are located outside the motor housing in a separate common housing and serve as the working body of the gear pump, the air is compressed by a rotary valveless compressor, the blades of which are installed on the rotors of the engine, the compressed air supply is regulated by rotors having windows in the side walls and openings in the end walls, combined with the rotation of the rotors with the corresponding holes in the end walls of the housing.

Сущность изобретения подтверждается чертежами. The invention is confirmed by the drawings.

На фиг. 1 показано конструктивное выполнение роторного двигателя,
фиг. 2 - чертеж с изображением роторов в качестве золотников,
фиг. 3 - лабиринтные уплотнения между торцевыми стенками корпуса и роторов,
фиг. 4 - лабиринтные уплотнения лопаток,
фиг. 5 - поперечный разрез двигателя по лопаткам и впадинам.In FIG. 1 shows a structural embodiment of a rotary engine,
FIG. 2 is a drawing depicting rotors as spools,
FIG. 3 - labyrinth seals between the end walls of the housing and rotors,
FIG. 4 - labyrinth seal blades,
FIG. 5 is a transverse section through the blades and troughs of the engine.

Роторный двигатель содержит корпус 1, два конических ротора 2, поверхности которых соприкасаются, на которых жестко крепятся лопатки двигателя 3 и компрессора 4 и имеются впадины 5, 6, в которые входят лопатки при вращении, конические синхронизирующие шестерни 7, входящие в зубчатое зацепление, устанавливаемые на валах роторов 8 в отдельном общем корпусе 9. Замкнутое пространство внутри корпуса, между стенками корпуса 1 и роторами 2, образует рабочую полость двигателя 10 и компрессора 11, отделяемые внутренней стенкой 12, причем каждая из полостей общая для обоих роторов. Лопатки 3,4 плотно перекрывают поперечные сечения рабочих полостей 10, 11 и сечения впадин 5, 6. В торцевой стенке ротора 2 и в торцевой стенке корпуса 1 изготовлены соответственно отверстия 13 и 14, к отверстиям 13 совмещающихся при их движении с отверстиями 14, изготовленными в корпусе двигателя 1, подводятся нагнетательные патрубки 15 компрессора, роторы 2 имеют полости 16, в полостях 16 роторов двигателя выполняются каналы 17, а в боковых стенках - окна 18, в торцевых стенках корпуса, ротора и на лопатках выполнены лабиринтные уплотнения 19, а на боковых стенках роторов - не входящие в зубчатое зацепление уплотняющие выступы и впадины 20. The rotary engine contains a housing 1, two bevel rotors 2, the surfaces of which are in contact, on which the blades of the engine 3 and compressor 4 are rigidly fixed and there are troughs 5, 6, which include the blades during rotation, bevel synchronizing gears 7 included in the gear mesh, installed on the shafts of the rotors 8 in a separate common housing 9. A closed space inside the housing, between the walls of the housing 1 and the rotors 2, forms the working cavity of the engine 10 and compressor 11, separated by an inner wall 12, each of the cavities common to both rotors. The vanes 3.4 tightly overlap the cross sections of the working cavities 10, 11 and the sections of the cavities 5, 6. In the end wall of the rotor 2 and in the end wall of the housing 1, holes 13 and 14 are made, respectively, to the holes 13, which are aligned with the holes 14 made by them in the engine casing 1, the compressor discharge pipes 15 are brought in, the rotors 2 have cavities 16, channels 17 are made in the cavities 16 of the engine rotors, and windows 18 are in the side walls, labyrinth seals 19 are made in the end walls of the casing, rotor and blades, and on side with enkah rotor - not part of the toothing sealing projections and depressions 20.

Работа роторного двигателя заключается в следующем. The operation of a rotary engine is as follows.

Конические роторы 2 вращаются в противоположных направлениях, при этом боковые стенки роторов катятся одна по другой без скольжения, а лопатки двигателя 3 движутся в рабочей полости двигателя 10. Равенство угловых скоростей вращения роторов обеспечивается посредством синхронизирующих шестерен 7. При выходе лопаток двигателя 3 из впадин 5 роторов 2 и перекрытия ими сечения рабочей полости 10 последняя разделяется лопатками на две части: внутреннюю, замкнутую между лопатками, корпусом 1 и роторами 2, образующую камеру сгорания, и внешнюю - рабочее пространство. При этом камера сгорания и рабочее пространство являются общими для обоих роторов 2, а одними из стенок камеры сгорания являются лопатки двигателя 3. Вследствие увеличения межлопаточного пространства в камере сгорания создается разрежение. В зону разрежения подается сжатый компрессором воздух и топливо. Образующаяся топливная смесь воспламеняется от свечи зажигания или от сжатия. Образующееся в процессе сгорания топлива рабочее тело, расширяясь в общем рабочем пространстве, одновременно воздействует на лопатки 3 обоих роторов 2 и совершает механическую работу, направленную на вращение роторов 2. Остатки отработавших газов предыдущего цикла удаляются из рабочей полости 10 лопатками 3, выталкивающими их через постоянно открытое выпускное отверстие одновременно с рабочим ходом. The conical rotors 2 rotate in opposite directions, while the side walls of the rotors roll one on the other without sliding, and the blades of the engine 3 move in the working cavity of the engine 10. The angular velocity of rotation of the rotors is equal by means of synchronizing gears 7. When the blades of the engine 3 exit the depressions 5 rotors 2 and overlapping them of the cross section of the working cavity 10, the latter is divided into two parts by the blades: internal, closed between the blades, the housing 1 and the rotors 2, forming a combustion chamber, and the external one, the worker her space. Moreover, the combustion chamber and the working space are common to both rotors 2, and one of the walls of the combustion chamber are the blades of the engine 3. Due to the increase in the interscapular space in the combustion chamber, a vacuum is created. Compressed air and fuel are supplied to the rarefaction zone. The resulting fuel mixture is ignited by a spark plug or by compression. The working fluid formed in the process of fuel combustion, expanding in the common working space, simultaneously acts on the blades 3 of both rotors 2 and performs mechanical work aimed at the rotation of the rotors 2. The remaining exhaust gases of the previous cycle are removed from the working cavity 10 by the blades 3, pushing them through constantly open outlet at the same time as the stroke.

Работа роторного компрессора основана на периодическом изменении объемов рабочего пространства. При выходе лопаток компрессора 4 из впадин 6 роторов 2 объем межлопаточного пространства увеличивается, в нем создается разрежение и в результате насосного воздействия осуществляется наполнение рабочей полости компрессора 11 наружным воздухом. Одновременно происходит сжатие воздуха, поступившего в рабочее пространство в предшествующем цикле. Роторный компрессор является бесклапанным. The operation of a rotary compressor is based on a periodic change in the volume of the working space. When the compressor blades 4 exit from the hollows 6 of the rotors 2, the volume of the interscapular space increases, a vacuum is created in it and, as a result of the pumping action, the working cavity of the compressor 11 is filled with external air. At the same time, the air entering the working space in the previous cycle is compressed. The rotary compressor is valveless.

Регулирование подачи сжатого воздуха из компрессора в камеру сгорания может производиться клапаном или золотником. The supply of compressed air from the compressor to the combustion chamber can be controlled by a valve or spool.

В качестве золотников могут применяться роторы двигателя, имеющие отверстия 13 в торцевых стенках, совмещающиеся при их движении с отверстиями 14 в торцевых стенках, изготовляемыми в корпусе двигателя 1, к которым подводятся нагнетательные патрубки 15 компрессора. В полостях 16 роторов двигателя выполняются каналы 17, а в боковых стенках - окна 18, через которые сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Такое устройство позволит исключить применение специального клапанного механизма. Действие центробежных сил на воздух, находящийся в каналах вращающегося ротора, повысит эффективность его подачи. Часть подаваемого в полости 16 роторов 2 воздуха может использоваться для продувки рабочей полости двигателя перед подачей свежего заряда. Также может подаваться воздух для охлаждения. Охлаждение двигателя может быть жидкостным или воздушным. Роторы 2 двигателя могут иметь цилиндрическую форму с параллельными осями. As the spools, engine rotors having holes 13 in the end walls that are aligned when moving with holes 14 in the end walls manufactured in the engine casing 1 to which the compressor discharge pipes 15 are supplied can be used. In the cavities 16 of the engine rotors, channels 17 are made, and in the side walls - windows 18 through which compressed air enters the combustion chamber. Such a device will eliminate the use of a special valve mechanism. The action of centrifugal forces on the air in the channels of the rotating rotor will increase the efficiency of its supply. Part of the air supplied to the cavity 16 of the rotors 2 can be used to purge the working cavity of the engine before applying a fresh charge. Air may also be supplied for cooling. Engine cooling may be liquid or air. The rotors 2 of the engine may have a cylindrical shape with parallel axes.

Компрессор и двигатель могут иметь отдельные корпуса. The compressor and motor may have separate housings.

Устройство, подобное роторному компрессору, может иметь насосы. Выполняемые как агрегаты, роторные компрессоры и насосы могут иметь привод от любых типов двигателей. A device like a rotary compressor may have pumps. Performed as units, rotary compressors and pumps can be driven by any type of engine.

Роторный двигатель может содержать несколько секций, располагаемых последовательно. A rotary engine may comprise several sections arranged in series.

На роторах двигателя может устанавливаться несколько лопаток, причем на каждом разное количество, и выполняться столько же впадин, при этом роторы должны иметь диаметры, кратные числу лопаток на них, а синхронизирующие шестерни - равное отношению диаметров роторов передаточное число. Several rotor blades can be installed on the rotors of the engine, and each one has a different number, and the same number of troughs is performed, while the rotors must have diameters that are multiples of the number of blades on them, and the synchronizing gears must have a gear ratio equal to the ratio of rotor diameters.

С целью исключения непосредственного контакта сопряженных поверхностей и перетекания газов между смежными объемами, в торцевых стенках корпуса, ротора и на лопатках могут выполняться лабиринтные уплотнения 19, а на боковых стенках роторов - не входящие в зубчатое зацепление уплотняющие выступы и впадины 20, обеспечивающие уплотнение при минимальных размерах. In order to exclude direct contact of the mating surfaces and the flow of gases between adjacent volumes, labyrinth seals 19 can be made in the end walls of the housing, rotor and vanes, and on the side walls of the rotors - sealing protrusions and depressions 20 not providing gearing, providing sealing with minimal sizes.

Синхронизирующие шестерни 7 могут использоваться в качестве рабочего органа шестеренного насоса, например в гидродинамической передаче. Synchronizing gears 7 can be used as the working body of the gear pump, for example in a hydrodynamic transmission.

С целью уравновешивания сил инерции, лопатки компрессора 4 и двигателя 3 на каждом из роторов и соответственно впадины 6, 5 могут располагаться на роторах оппозитно. In order to balance the forces of inertia, the blades of the compressor 4 and the engine 3 on each of the rotors and, accordingly, the troughs 6, 5 can be located on the rotors opposite.

Сжатие воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может осуществляться компрессором, приводимым в действие турбиной, вращаемой выхлопными газами, или отдельным нагнетателем. Compression of the air supplied to the combustion chamber can be carried out by a compressor driven by a turbine rotated by exhaust gases, or by a separate supercharger.

Выполнение роторов двигателя коническими позволяет уменьшить размеры, окружные скорости, массу и износ синхронизирующих шестерен 7 и массу двигателя в целом. The implementation of the conical rotors of the engine can reduce the size, peripheral speed, weight and wear of the synchronizing gears 7 and the mass of the engine as a whole.

Расположение синхронизирующих шестерен 7 в отдельном корпусе исключает их контакт с продуктами сгорания, позволяет использовать их в качестве рабочего органа шестеренного насоса. The location of the synchronizing gears 7 in a separate housing eliminates their contact with the combustion products, allows you to use them as a working body of the gear pump.

Свойство обратимости позволяет использовать конструкцию двигателя для изготовления компрессоров и насосов. The reversibility property allows the use of the engine design for the manufacture of compressors and pumps.

Установка лопаток компрессора 4 и двигателя на двух роторах позволит осуществлять процессы рабочего цикла в замкнутых контурах, уменьшить газодинамические и объемные потери. The installation of compressor blades 4 and the engine on two rotors will allow the processes of the working cycle in closed circuits to reduce gas-dynamic and volumetric losses.

Объединение рабочих полостей двух роторов обеспечивает увеличение рабочего пространства и степени сжатия. The combination of the working cavities of the two rotors provides an increase in the working space and the degree of compression.

Распределение рабочего процесса по отдельным рабочим полостям обеспечивает практически одновременное осуществление процессов сжатия, сгорания и расширения, позволяет увеличивать размерность и число ступеней компрессора, давление нагнетания, и, следовательно, повышать параметры рабочего тела, увеличивать вращающий момент и удельную мощность. The distribution of the working process among the individual working cavities ensures the almost simultaneous implementation of the compression, combustion and expansion processes, allows to increase the dimension and number of compressor stages, discharge pressure, and, therefore, increase the working fluid parameters, increase the torque and specific power.

Осуществление процесса расширения в замкнутой кольцевой проточной части, при котором вектор скорости потока продуктов сгорания нормален к рабочим поверхностям лопаток, обеспечивает непосредственное преобразование энергии рабочего тела во вращательное движение роторов, увеличение КПД. The implementation of the expansion process in a closed annular flow part, in which the velocity vector of the flow of combustion products is normal to the working surfaces of the blades, provides a direct conversion of the energy of the working fluid into the rotational movement of the rotors, increasing the efficiency.

Одновременное и равносильное воздействие рабочего тела на лопатки обоих роторов, взаимно уравновешивающее действие связанных посредством синхронизирующих шестерен роторов, демпфирующее действие компрессора и шестеренного насоса обеспечивают равномерное вращение роторов. The simultaneous and equivalent action of the working fluid on the blades of both rotors, the mutually balancing action of the rotors connected by means of synchronizing gears, the damping effect of the compressor and gear pump ensure uniform rotation of the rotors.

Claims

A rotary engine comprising a housing, rotors rotating in opposite directions, having troughs, vanes, rigidly mounted on the rotors, tightly overlapping the cross section of the working cavities and the trough sections, synchronizing gears included in the gear mesh, mounted on the rotor shafts, the blades and rotors are working bodies, and synchronizing gears ensure the equality of the angular speeds of rotation of the rotors, characterized in that it is equipped with a compressor located in a common housing with the engine, rotors and synchronizing gears have a conical shape, the axes of which intersect, the internal space of the housing contains the working cavity of the compressor and the engine, separated by a wall, each of the cavities common to both rotors, the working cavity of the engine consists of a combustion chamber and a working space common to both rotors, engine blades form one of the walls of the combustion chamber and separate the combustion chamber from the working space, the end walls of the housing, rotors and blades have labyrinth seals on the side walls The rotors are sealed with protrusions and depressions not included in the gearing, the blades and rotors are the sealing elements, the synchronizing gears are located outside the motor housing in a separate common housing and serve as the working body of the gear pump, the air is compressed by a rotary valveless compressor, the blades of which are mounted on the rotors engine, the supply of compressed air is regulated by rotors having windows in the side walls and holes in the end walls, matching when the rotation p tori with the corresponding holes in the end walls of the housing.