RU2247837C2

RU2247837C2 - Rotary-vane machine

Info

Publication number: RU2247837C2
Application number: RU2001132702/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Романов (RU); В.А. Романов; Н.Н. Драгунов (RU); Н.Н. Драгунов
Original assignee: Романов Владимир Анисимович; Драгунов Николай Николаевич
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2005-03-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in compressors, pumps and continuous internal combustion engines. Proposed rotary-vane machine contains at least one annular cylindrical chamber, rotor with vanes eccentrically installed in chamber, vanes being fitted in longitudinal slots of rotor. Rotor divides chamber into two eccentric spaces of variable circumferential section with intake and exhaust ports. Rotor is made in form of end face plate provided with coaxial ring cylindrical projection with longitudinal cuts. Vanes are installed in cuts of projection, inserts are placed between vanes and end faces of projection cuts providing rocking and reciprocating of vanes relative to projection. End faces of vanes in contact with cylindrical walls of chamber are made with support area of surface.

EFFECT: simplified design, improved reliability, capacity and efficiency.

8 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в компрессорах, насосах и в двигателях внутреннего непрерывного сгорания.The invention relates to mechanical engineering and can be used in compressors, pumps and in internal combustion engines.

Особенностью предложенной машины (двигателя), содержащей кольцевую цилиндрическую камеру и ротор, является выполнение ротора в виде торцевой планшайбы с цилиндрическим кольцевым выступом, в продольных прорезях которого установлены лопасти, имеющие относительно него две степени свободы и перемещающиеся под постоянным углом 90° к цилиндрическим стенкам камеры.A feature of the proposed machine (engine) containing an annular cylindrical chamber and a rotor is that the rotor is made in the form of an end face plate with a cylindrical annular protrusion, in the longitudinal slots of which there are blades having two degrees of freedom relative to it and moving at a constant angle of 90 ° to the cylindrical walls of the chamber .

Известен роторный двигатель внутреннего непрерывного сгорания с одной рабочей полостью и диаметральными лопастями, установленными в сплошном роторе в прорезях с плоскопараллельными стенками, и которые через сегментообразные вкладыши, относительно которых они возвратно-поступательно перемещаются, опираются при движении на цилиндрическую поверхность цилиндра ("Моделист-Конструктор" № 11-12, 1998 г., стр.2-4).Known rotary internal combustion engine with one working cavity and diametrical blades mounted in a solid rotor in the slots with plane-parallel walls, and which through segmented liners, relative to which they are reciprocating, are supported when moving on a cylindrical surface of the cylinder ("Model-Designer "No. 11-12, 1998, pp. 2-4).

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий кольцевую цилиндрическую камеру, эксцентрично установленный в ней ротор с лопастями, размещенными в его продольных прорезях, делящий камеру на две экцентричные полости переменного окружного сечения, с впускными и выпускными окнами (Патент Великобритании GB 1061944A - прототип).A rotary vane engine is known, comprising an annular cylindrical chamber, an eccentrically mounted rotor with blades located in its longitudinal slots, dividing the chamber into two eccentric cavities of variable circumferential section, with inlet and outlet windows (GB Patent GB 1061944A - prototype).

Основными недостатками прототипа являются низкая эффективность наполнения рабочих полостей, сложность конструкции, большое количество пар трения и непостоянство угла оси лопастей к поверхности скольжения, снижающее надежность герметизации и ресурс лопастей, следствием чего являются низкие ресурс и надежность, литровая мощность и КПД.The main disadvantages of the prototype are the low efficiency of filling the working cavities, the design complexity, a large number of friction pairs and the inconsistency of the angle of the axis of the blades to the sliding surface, which reduces the sealing reliability and resource of the blades, resulting in low resource and reliability, liter capacity and efficiency.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности, производительности и КПД.The objective of the invention is to simplify the design, increase reliability, performance and efficiency.

Задача решена тем, что в лопастной машине, содержащей кольцевую цилиндрическую камеру с впускным и выпускным окнами, в которой эксцентрично установлен цилиндрический ротор с лопастями, размещенными в его продольных прорезях, делящей камеру на две эксцентричные полости переменного окружного сечения, машина содержит, по меньшей мере, одну камеру, ротор выполнен в виде торцевой планшайбы, на которой выполнен соосный кольцевой цилиндрический выступ с продольными прорезями, лопасти установлены в прорезях выступа, а между ними и торцами прорезей выступа установлены вкладыши, обеспечивающие возможность качательного и возвратно-поступательного перемещений лопастей относительно выступа, при этом торцы лопастей, контактирующие с цилиндрическими стенами камеры, выполнены с опорной площадью поверхности.The problem is solved in that in a vane machine containing an annular cylindrical chamber with inlet and outlet windows, in which a cylindrical rotor is eccentrically mounted with blades placed in its longitudinal slots, dividing the chamber into two eccentric cavities of variable circumferential section, the machine contains at least , one chamber, the rotor is made in the form of an end faceplate, on which a coaxial annular cylindrical protrusion with longitudinal slots is made, the blades are installed in the slots of the protrusion, and between them and the ends bonds protrusion installed liners, making it possible rocking and reciprocating movements of the blades relative to the protrusion, the ends of the blades in contact with the cylindrical chamber walls are formed with a support surface area.

Впускные окна в полостях камеры могут быть выполнены в зонах максимального удаления выступа от цилиндрических стенок камеры, а выпускные окна - в зонах максимального сближения его с указанными стенками, при этом обеспечивается раздельное функционирование полостей.Inlet windows in the chamber cavities can be made in zones of maximum protrusion of the protrusion from the cylindrical walls of the chamber, and outlet windows in zones of its maximum closeness with the indicated walls, while separate functioning of the cavities is ensured.

Кроме того, для решения задачи увеличения степени повышения давления на выходе машины в камере выполнен перепускной канал, сообщающий зону максимального сближения выступа и цилиндрической стенкой камеры одной полости с другой полостью в зоне, расположенной за её впускным окном, в направлении вращения ротора на расстоянии не менее шага лопастей.In addition, to solve the problem of increasing the degree of increase in pressure at the machine outlet, a bypass channel is made in the chamber, which communicates the zone of maximum convergence of the protrusion and the cylindrical wall of the chamber of one cavity with another cavity in the zone located behind its inlet window in the direction of rotation of the rotor at a distance of not less than blade pitch.

Для использования машины в качестве двигателя внутреннего непрерывного сгорания впускные и выпускные окна обеих полостей выполнены в зонах максимального удаления выступа от цилиндрических стенок камеры, а в зонах максимального их сближения выполнены каналы для установки свечей зажигания и форсунок.To use the machine as an internal continuous combustion engine, the inlet and outlet windows of both cavities are made in the zones of maximum protrusion from the cylindrical walls of the chamber, and in the zones of their maximum proximity channels are made for installing spark plugs and nozzles.

Кроме того, для решения задачи использования машины в качестве дизеля путем обеспечения работы одной полости в двигательном режиме, а другой - в качестве компрессора впускные окна обеих полостей и выпускное окно одной из полостей выполнены в зонах максимального удаления выступа от цилиндрических стенок камеры, при этом выпускное окно другой полости выполнено в зоне максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры и сообщающимся через перепускной канал с первой полостью в зоне её выпускного окна и за её впускным окном в направлении вращения ротора на расстоянии не менее шага лопастей и в зоне максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры которой выполнены каналы для установки форсунки и свечи зажигания.In addition, to solve the problem of using the machine as a diesel engine by ensuring the operation of one cavity in the motor mode, and the other as the compressor, the inlet windows of both cavities and the exhaust window of one of the cavities are made in the zones of the maximum protrusion from the cylindrical walls of the chamber, while the exhaust the window of the other cavity is made in the zone of maximum convergence of the protrusion with the cylindrical wall of the chamber and communicating through the bypass channel with the first cavity in the area of its outlet window and behind its inlet window in board rotation of the rotor at least in the pitch of the blades and the area of maximum convergence of the projection with a cylindrical wall of the chamber which has channels for mounting the injector and the spark plug.

Кроме того, с целью охлаждения стенок рабочих полостей в торцевой стенке и в камере выполнен осевой канал, а в планшайбе - внутренние сквозные радиальные каналы, входы которых сообщаются с осевым каналом, а выходы расположены на окружном торце планшайбы.In addition, in order to cool the walls of the working cavities in the end wall and in the chamber, an axial channel is made, and in the faceplate there are internal through radial channels, the inputs of which are in communication with the axial channel, and the outputs are located on the circumferential end of the faceplate.

Кроме того, для решения задачи увеличения ресурса работоспособности лопастей каждая лопасть выполнена из двух взаимодействующих с возможностью радиального относительного перемещения частей, при этом в одной из частей по всей ширине лопасти выполнен радиальный паз с плоскопараллельными стенками, а в другой - соответствующий выступ, входящий в паз первой и подпружиненный относительно нее.In addition, to solve the problem of increasing the service life of the blades, each blade is made of two parts interacting with the possibility of relative radial movement of the parts, while in one of the parts along the entire width of the blade there is a radial groove with plane-parallel walls, and in the other a corresponding protrusion included in the groove first and spring loaded relative to her.

Кроме того, для повышения надежности герметизации стыков планшайбы и выступа с камерой на торцах цилиндрических стенок камеры, обращенных к поверхности планшайбы, и на поверхности торцевой стенки, обращенной к торцу выступа планшайбы, выполнены кольцевые канавки, в которых установлены кольцевые подпружиненные уплотнители.In addition, to increase the reliability of sealing the joints of the faceplate and the protrusion with the chamber at the ends of the cylindrical walls of the chamber facing the face of the faceplate and on the surface of the end wall facing the end of the protrusion of the faceplate, annular grooves are made in which annular spring-loaded seals are installed.

Кроме того, для повышения сопротивляемости лопастей вращательному моменту в окружном направлении от усилия рабочих газов, в стыке между вкладышами и выступами планшайбы могут быть установлены торсионные стабилизаторы устойчивости (не показаны).In addition, to increase the resistance of the blades to the rotational moment in the circumferential direction from the efforts of the working gases, torsion stability stabilizers (not shown) can be installed in the junction between the liners and the protrusions of the faceplate.

Торцы лопастей, контактирующие с цилиндрическими поверхностями камеры, могут быть выполнены с увеличенной опорной площадью поверхности, а толщина самой лопасти - в зоне контакта с вкладышами минимальной, с учетом обеспечения требуемой жёсткости, что с уменьшением толщины выступа повысит эффективность использования рабочего объема камеры, с уменьшением толщины и веса лопастей снизит их износ от центробежных сил.The ends of the blades in contact with the cylindrical surfaces of the chamber can be made with an increased reference surface area, and the thickness of the blade itself can be minimized in the contact zone with the liners, taking into account the required stiffness, which, with a decrease in the thickness of the protrusion, will increase the efficiency of using the working volume of the chamber, with a decrease thickness and weight of the blades will reduce their wear from centrifugal forces.

Смазку трущихся деталей машины можно обеспечить выполнением радиальных каналов в планшайбе и затем в выступе с подводом смазки за счет центробежных сил к вкладышам, через них к поверхности лопастей и далее к стенкам камеры или присадкой смазки к топливу.The lubrication of the rubbing parts of the machine can be achieved by performing radial channels in the faceplate and then in the protrusion with a lubricant supply due to centrifugal forces to the liners, through them to the surface of the blades and further to the chamber walls, or to add lubricant to the fuel.

Планшайба может быть снабжена герметичным картером для масла, которое обеспечит смазку и охлаждение торцевой поверхности, контактирующей непосредственно с горячими газами, и затем при вращении выходящей за пределы наружной цилиндрической стенки камеры.The faceplate may be provided with a sealed oil sump that provides lubrication and cooling of the end surface in direct contact with hot gases, and then, when rotating, extends beyond the outer cylindrical wall of the chamber.

На фиг. 1 изображена машина в варианте нагнетательного насоса с раздельно-функционирующими рабочими полостями, перпендикулярный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2; на фиг. 4 - местный вид I на фиг.3; на фиг.5 - двигатель внутреннего непрерывного сгорания с использованием внутренней полости в качестве продувочного насоса-нагнетателя; на фиг. 6, в - е - принципиальные схемы машин (двигателей) с одной планшайбой и двумя осевыми камерами (в); с двумя торцевыми планшайбами и полостной с общей стенкой камерой (г); с одной планшайбой с двумя концентричными выступами и одной камерой с 5 двумя концентричными цилиндрическими каналами (д); с двумя планшайбами, каждая с одним выступом различного диаметра, и 2-полостной камерой с общей торцевой стенкой и с диаметрально осевым взаимным расположением кольцевых каналов (е).In FIG. 1 shows a machine in the form of a discharge pump with separately functioning working cavities, a perpendicular section; in FIG. 2 - section aa of figure 1; figure 3 is a section bB of figure 2; in FIG. 4 is a partial view of I in FIG. 3; figure 5 - internal combustion engine using the internal cavity as a purge pump-supercharger; in FIG. 6, c - e - schematic diagrams of machines (engines) with one faceplate and two axial chambers (c); with two end faceplates and a cavity chamber with a common wall (g); with one faceplate with two concentric protrusions and one chamber with 5 two concentric cylindrical channels (d); with two faceplates, each with one protrusion of different diameters, and a 2-cavity chamber with a common end wall and with a diametrically axial mutual arrangement of the annular channels (e).

Все вышеприведенные машины являются 4-полостными, но имеют различную производительность и различные возможности использования сочетания рабочих полостей.All of the above machines are 4-cavity, but have different performance and various possibilities of using a combination of working cavities.

Машина, фиг.1, включает камеру 1, образованную наружным цилиндром 2, внутренним цилиндром 3 и торцевой стенкой 4. Камера 1 снабжена впускным 5 и выпускным 6 окнами. На эксцентрично установленном в камере 1 валу 7 жестко установлена планшайба 8 с выступом 9, входящим в полость камеры и делящим камеру на две эксцентричные полости: наружную - а и внутреннюю - б.The machine, figure 1, includes a chamber 1 formed by an outer cylinder 2, an inner cylinder 3 and an end wall 4. The chamber 1 is provided with an inlet 5 and an outlet 6 windows. A faceplate 8 is mounted rigidly on a shaft 7 eccentrically installed in the chamber 1 and has a protrusion 9 that enters the chamber cavity and divides the chamber into two eccentric cavities: the external one - and the internal one - b.

Внутренняя полость (б) камеры 1 снабжена впускным 12 и выпускным 13 окнами.The internal cavity (b) of the chamber 1 is provided with an inlet 12 and an outlet 13 windows.

В прорезях выступа 9 установлены рабочие лопасти 10, а между ними и торцами прорезей выступа вкладыши 11, обеспечивающие "качание" и радиальное перемещение лопастей относительно выступа, имеющего при движении по цилиндрической камере эксцентричную относительно камеры и лопастей траекторию движения.In the slots of the protrusion 9 installed working blades 10, and between them and the ends of the slots of the protrusion liners 11, providing a "swing" and radial movement of the blades relative to the protrusion, which, when moving along a cylindrical chamber, is eccentric with respect to the chamber and blades.

При повороте вала 7 с планшайбой 8, выступом 9 и лопастями 10 перекачиваемая среда, поступившая через впускное окно 5 и перемещающаяся в уменьшающихся между лопастями полостях, переносится в зону максимального сближения выступа с цилиндрической стенкой камеры и выталкивается через выпускное окно 6.When the shaft 7 is rotated with the faceplate 8, the protrusion 9 and the blades 10, the fluid pumped through the inlet window 5 and moving in the cavities decreasing between the blades is transferred to the zone where the protrusion approaches the cylindrical wall of the chamber and is pushed out through the outlet window 6.

Аналогичным образом работает и внутренняя полость (б) машины.The internal cavity (b) of the machine works in a similar way.

На фиг. 5 изображен двигатель внутреннего непрерывного сгорания с использованием внутренней полости в качестве компрессора, наружной в качестве двигателя (поперечный разрез).In FIG. 5 shows an internal continuous combustion engine using an internal cavity as a compressor and an external as an engine (cross section).

В наружной стенке камеры 1 установлены форсунка 16 для подачи топлива и свеча зажигания 17. Наружная двигательная полость (а) снабжена впускным окном 5 и выпускным окном 6. Внутренняя полость (б) снабжена впускным окном 12 и перепускными каналами 14 и 15, сообщающими зону минимального объема её межлопастных полостей с наружной полостью в зоне выпускного окна 6, обеспечивая продувку, и в зоне, расположенной за основным впускным окном 5 на расстоянии не менее расстояния между близрасположенными лопастями (шага), что обеспечивает наддув двигательной полости без утечки перепускаемого сжатого воздуха из полости (а) через впускное окно 5 и исключает торможение всасываемого в полость (а) воздуха через него.An injector 16 for supplying fuel and a spark plug 17 are installed in the outer wall of the chamber 1. The outer motor cavity (a) is equipped with an inlet window 5 and the outlet window 6. The inner cavity (b) is equipped with an inlet window 12 and bypass channels 14 and 15, which communicate the minimum area the volume of its inter-vane cavities with an external cavity in the area of the outlet window 6, providing purge, and in the area located behind the main inlet window 5 at a distance of not less than the distance between the nearby blades (step), which provides boost motor olosti bypassed without leaking pressurized air from the cavity (a) through the inlet port 5 and prevents inhibition in the intake cavity (a) air therethrough.

Стыки планшайбы 8 и выступа 9 с камерой 1 герметизируются кольцевыми уплотнителями 18 (фиг.2).The joints of the faceplate 8 and the protrusion 9 with the camera 1 are sealed by annular seals 18 (figure 2).

Таким образом, поступивший и сжатый во внутренней компрессорной полости воздух используется для продувки и наполнения межлопастных рабочих полостей наружной двигательной полости, обеспечивая требуемую степень сжатия и работу без отдельного нагнетательного насоса.Thus, the incoming and compressed air in the internal compressor cavity is used to purge and fill the inter-blade working cavities of the external motor cavity, providing the required compression ratio and operation without a separate pressure pump.

При перепуске воздуха из компрессорной в двигательную полость можно обеспечить внешнее смесеобразование с обеспечением процесса карбюрации пульверизационным способом, разместив дозирующее топливо устройство в перепускном канале.When air is transferred from the compressor to the motor cavity, external mixture formation can be ensured with the provision of the carburetion process by the spray method, by placing a fuel-metering device in the bypass channel.

Последовательным включением нескольких полостей - компрессоров можно обеспечить работу двигательной полости с воспламенением от сжатия (дизель).The sequential inclusion of several cavities - compressors can ensure the operation of the motor cavity with compression ignition (diesel).

Таким образом, выполнение ротора в виде торцевой планшайбы с соосным цилиндрическим кольцевым выступом и кинематическое соединение его с лопастями обеспечило упрощение конструкции, снижение поверхности трения, увеличение ресурса лопастей с увеличением надежности герметизации стыков лопастей с цилиндрическими стенками камеры, что обеспечило увеличение ресурса производительности, мощности и КПДThus, the design of the rotor in the form of an end face plate with a coaxial cylindrical annular protrusion and its kinematic connection with the blades ensured a simplification of the design, a decrease in the friction surface, an increase in the resource of the blades with an increase in the reliability of sealing the joints of the blades with the cylindrical walls of the chamber, which provided an increase in the resource of productivity, power and Efficiency

машины.cars.

В предложенной машине конструктивно и технологически просто наращивается производительность (мощность) увеличением количества 2-полостных цилиндрических каналов в осевом направлении (в, г), в диаметральном (д) или диаметрально-осевом (е), обеспечивается сочетание в одном агрегате различных по функциям машин (насос, вакуумный насос, компрессор, двигатель, мотор-компрессор и т.п.)The proposed machine constructively and technologically simply increases productivity (power) by increasing the number of 2-cavity cylindrical channels in the axial direction (c, d), in the diametrical (e) or diametrically-axial (e), provides a combination of machines with different functions in one unit (pump, vacuum pump, compressor, engine, motor-compressor, etc.)

Claims

1. A rotary-vane machine containing an annular cylindrical chamber, an eccentrically mounted rotor in it with blades placed in its longitudinal slots, dividing the chamber into two eccentric cavities of variable circumferential section with inlet and outlet windows, characterized in that it contains at least , one annular cylindrical chamber, the rotor is made in the form of an end face plate, on which a coaxial annular cylindrical protrusion with longitudinal slots is made, the blades are installed in the slots of the protrusion, between them and the ends of the slots of the protrusion mounted liners, providing the possibility of rocking and reciprocating movements relative to the protrusion, while the ends of the blades in contact with the cylindrical walls of the chamber are made with the reference surface area.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the inlet windows of the chamber are made in zones of maximum removal of the protrusion of the faceplate from the cylindrical walls of the chamber, and the outlet windows in zones of maximum closeness with the specified walls of the chamber.

3. The machine according to claim 2, characterized in that the bypass channel is made in the chamber, communicating the zone of maximum approximation of the protrusion of the faceplate with the cylindrical wall of one cavity with another cavity in the zone located at a distance of not less than the pitch of the blades behind its inlet window in the direction of rotation of the rotor .

4. The machine according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet windows of each cavity are made in the zones of maximum removal of the protrusion of the faceplate from the cylindrical walls of the chamber, in the zones of maximum proximity channels are made for installing nozzles and spark plugs.

5. The machine according to claim 1, characterized in that the inlet windows of both cavities and the outlet window of one of the cavities are made in zones of maximum removal of the protrusion of the faceplate from the cylindrical walls of the chamber, while the outlet window of the other cavity is made in the zone of maximum proximity of the protrusion of the faceplate to the cylindrical wall chamber and communicating bypass channel with the first cavity in the area of its outlet window and behind its inlet window at a distance of not less than the pitch of the blades in the direction of rotation of the rotor, in the zone of maximum approach of the protrusion from the cylinder the ric wall of the chamber of which the channels for installing the nozzle and spark plug are made.

6. Machine according to any one of paragraphs.1 to 5, characterized in that each blade is made of two parts interacting with the possibility of radial relative movement of the parts, while in one of the parts there is a radial groove along the entire width of the blade, and in the other a corresponding protrusion into the groove of the first and spring-loaded relative to it.

7. Machine according to any one of paragraphs 4 and 5, characterized in that the chamber has an axial channel, and in the faceplate of the rotor there are internal through radial channels, the inputs of which are in communication with the axial channel, and the outputs are located on the circumferential end of the faceplate.

8. A machine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that on the ends of the cylindrical walls of the chamber facing the surface of the faceplate, and on the surface of the end wall facing the protrusion of the faceplate, annular grooves are made in which annular spring-loaded seals are installed.