RU2260697C1

RU2260697C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2260697C1
Application number: RU2004105918/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Стариков (RU); В.А. Стариков
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-20
Also published as: RU2004105918A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; positive displacement rotary machines.

SUBSTANCE: proposed machine has hollow housing with covers accommodating two blades installed coaxially which divide housing space into four closed chambers. Elimination of horizontal position of blades at combined movement towards each other in process of rotation is provided by changing of design of blade coupling mechanism which consists of two pairs of disks with two larger and smaller diameter with two larger and smaller diameter internal spur gears. Pair of larger gears is installed at both sides of covers between two end face surfaces of hollow cylindrical housings and covers. Pair of smaller gears is provided with solid eccentric shafts at one side hinge-connecting the connecting rods. Cranks and connecting rods are of equal length. Ends of eccentric shafts are rigidly fitted in holes of small disks with the same eccentricity and provided at other side with solid shafts coinciding with axis rotation of solid shafts of smaller gears. Rotation of pairs disks and smaller gears with eccentric shafts hinge-connecting the connecting rods provides planetary movement along ellipse into strictly vertical position at relative movement of blades towards each other in process of rotation.

EFFECT: possibility of use of rotary machine as engine, compressor or pump.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к объемным роторным машинам и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to volumetric rotary machines and can be used in compressors, pumps and internal combustion engines.

Известна роторно-объемная машина, содержащая полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены две пары лопастей, жестко соединенных с двумя соосными валами и механизмом синхронизации движения лопастей, последний выполнен в виде двух шестерен соосных валов, входящих в зацепление с двумя шестернями, одна из которых жестко связана с кривошипом, а другая - с кулисой, в пазу которой помещается палец, установленный на средней части шатуна кривошипно-ползунного механизма, причем направляющая ползуна установлена на корпусе с возможностью поворота /A.C. 973878, МКИ F 01 С 5/00, опубл. 1982/.Known rotary-volumetric machine containing a hollow cylindrical body, inside of which there are two pairs of blades rigidly connected to two coaxial shafts and a mechanism for synchronizing the movement of the blades, the latter is made in the form of two gears of coaxial shafts engaged with two gears, one of which is rigidly connected to the crank, and the other to the wings, in the groove of which is placed a finger mounted on the middle part of the connecting rod of the crank-slide mechanism, and the slide guide is mounted on the housing with the possibility of newt turn /A.C. 973878, MKI F 01 C 5/00, publ. 1982 /.

Недостатком известной роторной машины объемного типа является наличие возвратно-поступательных движений кривошипно-ползунного механизма, что снижает КПД и надежность машины.A disadvantage of the known rotary machine volumetric type is the presence of reciprocating movements of the crank-slide mechanism, which reduces the efficiency and reliability of the machine.

Известен роторно-лопастной двигатель, содержащий цилиндрический корпус с всасывающими и выхлопными окнами, торцевую крышку, центральный вал и два лопастных ротора, валы которых установлены на центральном валу соосно. Периодичность изменения скоростей вращения роторов осуществляется механизмом связи, установленным эксцентрично с наружной стороны торцевой крышки, с возможностью его вращения вокруг своей оси на опорных подшипниках. Два водила попарно жестко закреплены на концах валов каждого ротора, а свободные концы водил шарнирно связаны посредством тяг с полуосью, которая входит в радиальный паз третьего ведомого водила /Патент РФ №2054122, МКИ F 01 С 1/00, F 04 С 2/00, опубл. 1996/.Known rotary vane engine, comprising a cylindrical housing with suction and exhaust windows, an end cover, a Central shaft and two blade rotors, the shafts of which are mounted on the Central shaft coaxially. The frequency of rotation of the rotors is carried out by a communication mechanism mounted eccentrically on the outside of the end cap, with the possibility of rotation around its axis on the bearings. Two carriers are pairwise rigidly fixed on the ends of the shafts of each rotor, and the free ends of the carriers are pivotally connected by means of rods to the axle shaft that enters the radial groove of the third driven carrier / RF Patent No. 2054122, MKI F 01 C 1/00, F 04 C 2/00 publ. 1996 /.

Причиной, препятствующей достижению требуемого результата известного роторно-лопастного двигателя, является то, что тяги, соединяющие водила лопастных роторов, периодически изменяют свое направление на противоположное при вращении, что приводит к значительным инерционным нагрузкам и уменьшает надежность двигателя. The reason that impedes the achievement of the desired result of the known rotor-vane engine is that the thrusts connecting the carriers of the vane rotors periodically change their direction to the opposite during rotation, which leads to significant inertial loads and reduces the reliability of the engine.

Наиболее близкой по существенным признакам к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения, с обеих сторон торцевых крышек, механизмы синхронизации /Патент РФ №2177063, МПК 7 F 01 С 1/063, опубл. 2001/.Closest to the essential features of the claimed device is a rotary machine selected as a prototype, comprising a hollow cylindrical body with end caps, inside of which two blades are mounted coaxially, dividing the body cavity into four closed volumes, and their axis of rotation eccentrically, on both sides of the end caps , synchronization mechanisms / RF Patent No. 2177063, IPC 7 F 01 C 1/063, publ. 2001 /.

Лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах соосных валов с обеих сторон лопастей и связаны шарнирно с кольцевым выступом в барабанах с помощью шатунов. Барабаны имеют с внешней торцевой поверхности монолитные с ними валы, которые установлены на подшипниках в подвижных цилиндрических втулках, имеющих возможность перемещения и фиксации относительно пустотелых цилиндрических крышек, жестко закрепленных с полым цилиндрическим корпусом.The blades are interconnected through cranks, which are rigidly mounted on the ends of the coaxial shafts on both sides of the blades and are pivotally connected to the annular protrusion in the drums using rods. The drums have monolithic shafts from the outer end surface, which are mounted on bearings in movable cylindrical bushings that can be moved and fixed relative to hollow cylindrical covers rigidly fixed to the hollow cylindrical body.

Причина, препятствующая достижению требуемого технического результата известной роторной машины, заключена в механизме связи, который периодически изменяет положение лопастей при их совместном сближении в процессе вращения на вертикальное и горизонтальное, что приводит к изменению положения рабочей камеры и исключает возможность использования данной роторной машины как двигатель внутреннего сгорания.The reason that impedes the achievement of the required technical result of the known rotary machine lies in the communication mechanism, which periodically changes the position of the blades when they come together in the process of rotation on the vertical and horizontal, which leads to a change in the position of the working chamber and excludes the possibility of using this rotary machine as an internal engine combustion.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является возможность использования роторной машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, насоса.The problem to which the invention is directed, is the possibility of using a rotary machine as an internal combustion engine, compressor, pump.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в устранении горизонтального положения лопастей при совместном сближении в процессе вращения на одно вертикальное, что достигается изменением конструкции механизма связи лопастей.In the implementation of the invention, the task is solved by achieving a technical result, which consists in eliminating the horizontal position of the blades with the joint approach during rotation to one vertical, which is achieved by changing the design of the mechanism of communication of the blades.

Указанный технический результат достигается тем, что роторная машина содержит полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены соосно две сборные лопасти, одна сборная лопасть имеет диск с четырьмя накладками, другая сборная лопасть состоит из двух аналогичных дисков с двумя вставками. Диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине, а каждый из двух аналогичных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал. Лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов с обеих сторон лопастей и связаны шарнирно с помощью шатунов. Согласно изобретению, роторная машина дополнительно содержит две пары цилиндрических шестерен с внутренним зацеплением большего и малого диаметров, причем малые шестерни имеют диаметр, в два раза меньший, чем шестерни большего диаметра, пара больших шестерен установлена с обеих сторон торцевых крышек между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов и крышек, пара малых шестерен имеет с одной стороны монолитные эксцентричные валы, соединяющие шарнирно шатуны, при этом кривошипы и шатуны выполнены одинаковой длины, концы которых жестко закреплены в отверстиях малых дисков с этим же эксцентриситетом, имеющих по оси вращения монолитные валы, ось которых совпадает с осью монолитных валов малых шестерен, концы которых установлены на подшипниках в двух дисках, аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек, при этом диски каждой пары жестко соединены между собой двумя шпильками, установленными под углом 120 градусов на периферии дисков, одна пара дисков установлена на подшипниках, которые закреплены кольцевыми шайбами и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов торцевых крышек, вторая пара дисков имеет с одной стороны монолитно выполненные валы, которые установлены на подшипниках в торцевых пустотелых цилиндрических крышках и зафиксированы крышками.The specified technical result is achieved in that the rotary machine contains a hollow cylindrical body with end caps, inside which two prefabricated blades are mounted coaxially, one prefabricated blade has a disk with four overlays, the other prefabricated blade consists of two similar disks with two inserts. The disk of one blade is integrally connected to the shaft in the middle, and each of two similar disks of the other blade on one side of the end surface along the axis of rotation has a hollow shaft integral with it. The blades are interconnected through cranks, which are rigidly mounted at the ends of the monolithic and hollow shafts on both sides of the blades and are pivotally connected using rods. According to the invention, the rotor machine further comprises two pairs of cylindrical gears with internal engagement of larger and smaller diameters, the small gears having a diameter two times smaller than the gears of the larger diameter, a pair of large gears mounted on both sides of the end caps between the two end surfaces of the hollow cylindrical cases and covers, a pair of small gears has on one side monolithic eccentric shafts connecting the connecting rods articulated, while the cranks and connecting rods are made of the same length, to the ends of which are rigidly fixed in the holes of small disks with the same eccentricity, having monolithic shafts along the axis of rotation, the axis of which coincides with the axis of monolithic shafts of small gears, the ends of which are mounted on bearings in two disks axially arranged in pairs on both sides of the end caps, while the disks of each pair are rigidly interconnected by two studs mounted at an angle of 120 degrees on the periphery of the disks, one pair of disks is mounted on bearings, which are secured by ring washers and are located symmetrically adic at the ends of the cylindrical projections of the end caps, the second pair of discs has one side integrally formed shafts, which are mounted on bearings in the hollow cylindrical end caps and fixed covers.

Анализ прототипа показывает, что заявляемая роторная машина отличается конструкцией механизма связи соосных валов, выходящих с обеих сторон торцевых крышек, которая обеспечивает строго вертикальное положение при взаимном сближении лопастей в процессе вращения.The analysis of the prototype shows that the inventive rotary machine is distinguished by the design of the coupling mechanism of the coaxial shafts extending from both sides of the end caps, which provides a strictly vertical position when the blades approach each other during rotation.

На фиг.1 представлена роторная машина, продольный разрез, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.Figure 1 shows the rotary machine, a longitudinal section, figure 2 - section aa in figure 1, figure 3 - section bB in figure 1.

Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус 1 с торцевыми крышками 6, в котором размещены две сборные лопасти 2, 3. Лопасть 2 установлена в лопасти 3 на подшипниках 4, а лопасть 3 - на подшипниках 5 в торцевых крышках 6 и зафиксированы крышками 7. Сборная лопасть 2 имеет спрофилированный диск 8 (фиг.1), монолитно соединенный с валом 9 посередине, и четыре профилированные накладки 10. Сборная лопасть 3 состоит из двух аналогичных спрофилированному диску 8 дисков 11, каждый из которых с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненные с ними пустотелые валы 12 и две вставки 13.The rotary machine comprises a hollow cylindrical body 1 with end caps 6, in which two prefabricated blades 2, 3 are placed. The blade 2 is installed in the blade 3 on the bearings 4, and the blade 3 is mounted on the bearings 5 in the end caps 6 and fixed by the covers 7. The collecting blade 2 has a profiled disk 8 (FIG. 1), integral with the shaft 9 in the middle, and four profiled plates 10. The prefabricated blade 3 consists of two disks 11 similar to the profiled disk 8, each of which has a mono on one side of the end surface along the axis of rotation Solid hollow shafts 12 and two inserts 13 made with them.

Лопасти 2, 3 соединены через кривошипы 14, которые жестко установлены на концах монолитного вала и пустотелых валов 9, 12 и связаны шатунами 17 (фиг.3) с обеих сторон торцевых крышек 6, где имеются с каждой стороны по паре цилиндрических шестерен 18, 19. Одна пара большего диаметра 19 жестко установлена между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов 20 и крышек 21. Другая пара шестерен 18, диаметром в два раза меньше предыдущей, имеет с одной стороны монолитный эксцентриковый вал 22 с эксцентриситетом е = 1/4 r, где r - радиус малой шестерни, соединяющий шарнирно одинаковые по длине пару шатунов 17 с парой кривошипов 14. Концы эксцентриковых валов 22 жестко закреплены в отверстиях 23 малых дисков 24 с этим же эксцентриситетом, имеющих по оси вращения монолитные валы 25, которые совпадают с осью монолитных валов 26 шестерен 18. Концы валов 25, 26 установлены на подшипниках 27, 28 между двух дисков 29, 30 аксиально расположенных попарно с двух сторон торцевых крышек 6. При этом диски 29, 30 каждой пары жестко соединены между собой фасонными шпильками 31, установленными под углом 120 градусов на периферии дисков 29, 30. Одна пара дисков 29 установлена на подшипниках 32, которые закреплены кольцевыми шайбами 33 и расположены симметрично на концах цилиндрических выступов 34 торцевых крышек 6 и зафиксированы крышками 7. Два других диска 30 имеют с одной стороны монолитно выполненные валы 35, которые установлены на подшипниках 36 торцевых пустотелых цилиндрических крышек 21 и зафиксированы крышками 37.The blades 2, 3 are connected through cranks 14, which are rigidly mounted on the ends of the monolithic shaft and hollow shafts 9, 12 and are connected by connecting rods 17 (Fig. 3) on both sides of the end caps 6, where there are a pair of spur gears 18, 19 on each side One pair of larger diameter 19 is rigidly mounted between the two end surfaces of the hollow cylindrical bodies 20 and the covers 21. The other pair of gears 18, two times smaller in diameter, has a monolithic eccentric shaft 22 with an eccentricity e = 1/4 r, on one side, where r is the radius of the small gear and connecting a pair of connecting rods 17 pivotally equal in length to a pair of cranks 14. The ends of the eccentric shafts 22 are rigidly fixed in the holes 23 of the small discs 24 with the same eccentricity, having monolithic shafts 25 along the axis of rotation, which coincide with the axis of the monolithic shafts 26 of the gears 18. The ends of the shafts 25, 26 are mounted on bearings 27, 28 between two disks 29, 30 axially arranged in pairs on both sides of the end caps 6. Moreover, the disks 29, 30 of each pair are rigidly interconnected by shaped studs 31, mounted at an angle of 120 degrees on the perimeter disk arrays 29, 30. One pair of disks 29 is mounted on bearings 32, which are secured by ring washers 33 and are located symmetrically at the ends of the cylindrical protrusions 34 of the end caps 6 and are fixed by the covers 7. The other two disks 30 have integral shafts 35 on one side, which are integral mounted on bearings 36 of the end hollow cylindrical covers 21 and fixed by the covers 37.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1 и торцевых крышек 6, профилированные диски сборных лопастей 2, 3, вставки и накладки 10, 13 образуют рабочие камеры 38 (фиг.2) переменного объема. В роторной машине предусмотрена свеча зажигания 39, всасывающие и выхлопные окна 40, 41.The inner cylindrical surface of the housing 1 and the end caps 6, shaped disks of the prefabricated blades 2, 3, inserts and pads 10, 13 form the working chambers 38 (figure 2) of variable volume. In the rotary machine, a spark plug 39, suction and exhaust windows 40, 41 are provided.

В режиме двигателя внутреннего сгорания машина работает следующим образом. In the mode of an internal combustion engine, the machine operates as follows.

В рабочих камерах 3 протекают термодинамические циклы, в результате которых сборным лопастям 2, 3 и валам 9, 12 сообщается неравномерное вращение, преобразующееся через жестко закрепленные большие цилиндрические шестерни 19 между двух торцевых поверхностей пустотелых цилиндрических корпусов 20 и крышек 21 с обеих сторон, входящих во внутреннее зацепление с подвижными малыми шестернями, на которых имеются с одной стороны эксцентриковые валы 22, соединяющие подвижную пару шатунов 17. За счет планетарного движения малых шестерен 18 эксцентриковые валы 22 описывает строго эллиптические траектории движения, что дает возможность при одинаковой длине кривошипов 14 и шатунов 17 строго фиксированно менять положения лопастей 2, 3 в вертикальном направлении. Момент вращения передается через диски 29, 30, аксиально расположенные попарно с двух сторон торцевых крышек 6, и валы 35.In the working chambers 3 thermodynamic cycles occur, as a result of which the rotor blades 2, 3 and the shafts 9, 12 are given an uneven rotation, which is converted through rigidly fixed large cylindrical gears 19 between the two end surfaces of the hollow cylindrical bodies 20 and the covers 21 on both sides included in internal engagement with movable small gears, on which on one side there are eccentric shafts 22 connecting the movable pair of connecting rods 17. Eccentric due to the planetary movement of small gears 18 shafts 22 describes strictly elliptical trajectories of motion, which makes it possible for the same length of cranks 14 and connecting rods 17 to strictly fix the positions of the blades 2, 3 in the vertical direction. The torque is transmitted through the disks 29, 30, axially arranged in pairs on both sides of the end caps 6, and the shafts 35.

Таким образом, конструкция механизма связи сборных лопастей 2, 3 с цилиндрическими шестернями 18, 19 с внутренним зацеплением и эксцентриковым валом 22, монолитно соединенным с малыми шестернями 18, расположенными симметрично между дисками 29, 30 с двух сторон торцевых крышек 6, обеспечивает строго вертикальное положение лопастей при взаимном сближении и сбалансированность всех вращающихся элементов, что дает возможность использования роторной машины в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора, насоса.Thus, the design of the mechanism for coupling the assembled blades 2, 3 with cylindrical gears 18, 19 with internal gearing and an eccentric shaft 22, integral with the small gears 18 located symmetrically between the disks 29, 30 on both sides of the end caps 6, ensures a strictly vertical position blades with mutual rapprochement and balance of all rotating elements, which makes it possible to use a rotary machine as an internal combustion engine, compressor, pump.

Claims

A rotary machine containing a hollow cylindrical body with end caps, inside of which two prefabricated blades are mounted coaxially, one prefabricated blade has a disk with four overlays, the other assembled blade consists of two similar disks with two inserts, the disk of one blade is integral with the shaft in the middle, and each of two similar disks of the other blade on one side of the end surface along the axis of rotation has a hollow shaft integral with it, the blades are interconnected through cranks, which are rigidly are mounted on the ends of the monolithic and hollow shafts on both sides of the blades and pivotally connected by connecting rods, characterized in that it additionally contains two pairs of cylindrical gears with internal engagement of larger and smaller diameters, with small gears having a diameter two times smaller than gears of large diameter , a pair of large gears is installed on both sides of the end caps between the two end surfaces of the hollow cylindrical housings and covers, a pair of small gears has on one side monolithic eccentrics bearing shafts connecting articulated connecting rods, while cranks and connecting rods are made of the same length, the ends of which are rigidly fixed in the holes of small disks with the same eccentricity, which have monolithic shafts along the axis of rotation, the axis of which coincides with the axis of monolithic shafts of small gears, the ends of which are mounted on bearings in two disks axially arranged in pairs on both sides of the end caps, while the disks of each pair are rigidly interconnected by two studs mounted at an angle of 120 ° on the periphery of the disks, with one pair and the disks are mounted on bearings, which are secured by ring washers and are located symmetrically on the ends of the cylindrical protrusions of the end caps, the second pair of disks has integral shafts on one side, which are mounted on the bearings in the end hollow cylindrical covers and fixed by the covers.