RU2278980C1

RU2278980C1 - Rotary positive displacement machine

Info

Publication number: RU2278980C1
Application number: RU2004138203/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Вихров (RU); Игорь Сергеевич Вихров
Original assignee: Игорь Сергеевич Вихров
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in internal combustion engines, steam and pneumatic motors, compressors and vacuum pumps. Proposed machine contains rotor with multiple-turn helical groove on working surface, stator with cut, gate tightly fitted in cut and made in form of disk with projections engaging with helical groove of rotor. Radial section of helical groove has form of half-circle, outer part of each projection of gate engaging with surface of rotor helical groove is made spherical, and angle of said section of circle and arrangement of the latter relative to equatorial plane of said rotor and arrangement of inlet and outlet ports of stator relative to rotor and direction of rotation of the latter and/or direction of helical groove of rotor relative to sense of its rotation are chosen depending on design of machine determined by its functions.

EFFECT: simplified design, increased efficiency, enlarged functional capabilities.

6 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, паровых и пневмодвигателях, компрессорах и вакуумных насосах.The invention relates to power engineering and can be used in internal combustion engines, steam and pneumatic engines, compressors and vacuum pumps.

Известна выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания роторная объемная машина, содержащая тороидальный корпус, размещенный в корпусе коаксиально к последнему тороидальный ротор, на периферии которого выполнены спиральные канавки, и расположенный в осевой плоскости корпуса затвор, взаимодействующий со спиральными канавками ротора с вращением, при этом на корпусе выполнены впускное и выпускное окна, расположенные по разные стороны от затвора и сообщающиеся со спиральными канавками ротора (см. патент RU №2096637, кл. F 02 В 53/00, приоритет от 12.05.1995, опубл.20.11.1997).Known made in the form of an internal combustion engine, a rotary volumetric machine containing a toroidal casing, housed in the casing coaxially to the last toroidal rotor, on the periphery of which are made spiral grooves, and a shutter located in the axial plane of the casing, interacting with the spiral grooves of the rotor with rotation, while the housing has inlet and outlet windows located on opposite sides of the shutter and communicating with the spiral grooves of the rotor (see patent RU No. 2096637, class F 02 B 53/00, priority from 12.05.1995, publ. 20.11.1997).

Недостатком указанного двигателя является технологическая сложность изготовления спиральных канавок на роторе, особенно на приближенных к оси корпуса участках из-за неудобства размещения там рабочего инструмента. Этот недостаток не позволяет снизить до теоретически возможных габариты двигателя, что препятствует повышению до теоретически возможного уровня удельной мощности двигателя.The disadvantage of this engine is the technological complexity of manufacturing spiral grooves on the rotor, especially in areas close to the axis of the housing due to the inconvenience of placing a working tool there. This drawback does not allow to reduce to the theoretically possible size of the engine, which prevents the increase to the theoretically possible level of specific power of the engine.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является принятая за прототип и выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания роторная объемная машина, содержащая ротор с рабочей поверхностью, представляющей собой поверхность части тора, образуемой от вращения сектора круга вокруг оси вращения ротора при расположении указанного сектора круга со стороны оси вращения ротора, и с многовитковой спиральной канавкой, выполненной на его рабочей поверхности, статор, прилегающий к рабочей поверхности ротора с образованием закрытого многовиткового спирального канала для прохода рабочей среды, ограниченного стенками спиральной канавки ротора и внутренней поверхностью статора, и выполненный с прорезью, расположенной в плоскости оси вращения ротора, и затвор, выполненный в виде расположенного в той же плоскости диска с равномерно и радиально расположенными по его периметру и плотно входящими в прорезь статора выступами, прилегающими к поверхности спиральной канавки ротора на всем ее радиальном сечении, взаимодействующими с этой поверхностью с вращением затвора и разделяющими внутренний объем упомянутого спирального канала на рабочие камеры, каждая из которых заключена между двумя смежными выступами затвора, при этом ось затвора является касательной к осевой окружности упомянутого тора, радиус которой превышает радиус окружности, проведенной в плоскости диска затвора через вершины его выступов, имеющих форму сектора круга, а на статоре выполнены расположенные с разных сторон его прорези впускное и выпускное окна, сообщающиеся с упомянутым многовитковым спиральным каналом (см. патент RU №2139997, кл. F 02 В 53/00, приоритет от 12.05.1998, опубл.20.10.1999).Closest to the proposed technical essence is a rotary volumetric machine adopted as a prototype and made in the form of an internal combustion engine, comprising a rotor with a working surface representing the surface of a part of the torus formed from the rotation of the circle sector around the axis of rotation of the rotor when the specified sector of the circle is on the side the axis of rotation of the rotor, and with a multi-turn spiral groove made on its working surface, the stator adjacent to the working surface of the rotor with the formation closed multi-turn spiral channel for the passage of the working medium, limited by the walls of the spiral grooves of the rotor and the inner surface of the stator, and made with a slot located in the plane of the axis of rotation of the rotor, and the shutter, made in the form of a disk located in the same plane with uniformly and radially located along it the perimeter and the protrusions that fit tightly into the slot of the stator, adjacent to the surface of the spiral groove of the rotor along its entire radial section, interacting with this surface with the rotation of the shutter dividing the internal volume of the said spiral channel into working chambers, each of which is enclosed between two adjacent protrusions of the shutter, the axis of the shutter being tangent to the axial circumference of the said torus, the radius of which exceeds the radius of a circle drawn in the plane of the shutter disk through the tops of its protrusions having the shape sectors of the circle, and on the stator there are made inlet and outlet windows located on different sides of its slot, communicating with the said multi-turn spiral channel (see RU patent No. 2139997, cl. F 02 B 53/00, priority from 05/12/1998, publ. 10/20/1999).

Недостатком прототипа является высокая технологическая сложность изготовления спиральной канавки ротора и недостаточная герметичность стыков между выступами затвора и спиральной канавкой ротора, снижающая кпд и мощность двигателя. Вместе с тем симметричное исполнение двигателя относительно оси вращения ротора не позволяет осуществлять регулировку степени сжатия и расширения рабочей среды в спиральном канале двигателя, что снижает функциональные возможности машины. При этом упомянутая в прототипе возможность регулировки указанных степеней сжатия и расширения за счет изменения положения впускного и выпускного окон на статоре является технической ошибкой и не может быть реализована, поскольку степень сжатия и степень расширения зависят только от геометрии ротора, а положение впускного и выпускного окон на статоре влияет только на смещение фазы газораспределения.The disadvantage of the prototype is the high technological complexity of manufacturing a spiral groove of the rotor and insufficient tightness of the joints between the protrusions of the shutter and the spiral groove of the rotor, which reduces the efficiency and power of the engine. However, the symmetrical design of the engine relative to the axis of rotation of the rotor does not allow you to adjust the degree of compression and expansion of the working medium in the spiral channel of the engine, which reduces the functionality of the machine. Moreover, the possibility of adjusting the indicated compression and expansion degrees by changing the position of the inlet and outlet windows on the stator mentioned in the prototype is a technical error and cannot be implemented, since the compression ratio and expansion ratio depend only on the rotor geometry, and the position of the inlet and outlet windows on the stator only affects the timing shift.

Технической задачей, для решения которой служит предлагаемое изобретение, является упрощение геометрии выступов затвора и спиральной канавки ротора в радиальном сечении последней, повышение степени герметичности стыков между выступами затвора и спиральной канавкой ротора и обеспечение возможности регулировки в широких пределах степени сжатия и расширения рабочей среды в спиральном канале двигателя в зависимости от конструктивного исполнения машины, определяемого выполняемыми ею функциями.The technical problem to be solved by the present invention is to simplify the geometry of the protrusions of the shutter and the spiral grooves of the rotor in the radial section of the latter, increase the degree of tightness of the joints between the protrusions of the shutter and the spiral groove of the rotor and provide the possibility of wide adjustment of the degree of compression and expansion of the working medium in the spiral engine channel, depending on the design of the machine, determined by its functions.

Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемого изобретения, является упрощение изготовления и стоимости роторной машины за счет упрощения геометрии выступов затвора и спиральной канавки ротора в радиальном сечении последней, повышение кпд и мощности роторной машины за счет повышения степени герметичности стыков между выступами затвора и спиральной канавкой ротора и расширение функциональных возможностей роторной машины за счет обеспечения возможности регулировки в широких пределах степени сжатия и расширения рабочей среды в ее спиральном канале.The technical result obtained by the practical use of the invention is to simplify the manufacture and cost of the rotor machine by simplifying the geometry of the protrusions of the shutter and the spiral groove of the rotor in the radial section of the latter, increasing the efficiency and power of the rotor machine by increasing the degree of tightness of the joints between the protrusions of the shutter and the spiral groove the rotor and expanding the functionality of the rotor machine by providing the ability to adjust over a wide range of compression I and the expansion of the working environment in its spiral channel.

Для решения поставленной технической задачи в предлагаемой роторной объемной машине, содержащей ротор с рабочей поверхностью, представляющей собой поверхность части тора, образуемой от вращения сектора круга вокруг оси вращения ротора при расположении указанного сектора круга со стороны оси вращения ротора, и с многовитковой спиральной канавкой, выполненной на его рабочей поверхности, статор, плотно прилегающий к рабочей поверхности ротора с образованием закрытого многовиткового спирального канала для прохода рабочей среды, ограниченного стенками спиральной канавки ротора и внутренней поверхностью статора, и выполненный с прорезью, расположенной в плоскости оси вращения ротора, и затвор, выполненный в виде расположенного в той же плоскости и плотно входящего в прорезь статора диска с равномерно и радиально расположенными по его периметру выступами, плотно прилегающими к поверхности спиральной канавки ротора на всем ее радиальном сечении, взаимодействующими с этой поверхностью с вращением затвора и разделяющими внутренний объем упомянутого спирального канала на рабочие камеры, каждая из которых заключена между двумя смежными выступами затвора, при этом ось затвора является касательной к осевой окружности упомянутого тора, радиус которой превышает радиус окружности, проведенной в плоскости диска затвора через вершины его выступов, а на статоре выполнены расположенные с разных сторон его прорези впускное и выпускное окна, сообщающиеся с упомянутым многовитковым спиральным каналом, в отличие от прототипа радиальное сечение спиральной канавки ротора имеет преимущественно форму полукруга, при которой внешняя часть каждого выступа затвора, взаимодействующая с поверхностью спиральной канавки ротора, выполнена сферообразной формы, при этом величина угла α упомянутого сектора круга и расположение последнего относительно экваториальной плоскости упомянутого тора, а также расположение впускного и выпускного окон статора относительно ротора и направление вращения последнего и/или направление спиральной канавки ротора относительно направления его вращения выбираются в зависимости от конструктивного исполнения машины, определяемого выполняемыми ею функциями. При этом наружная поверхность ротора может быть выполнена концентрично его рабочей поверхности, а наружная поверхность статора может быть выполнена концентрично его внутренней поверхности, примыкающей к рабочей поверхности ротора.To solve the technical problem in the proposed rotary volumetric machine containing a rotor with a working surface representing the surface of a part of the torus formed from the rotation of the circle sector around the axis of rotation of the rotor when the specified sector of the circle is located on the side of the axis of rotation of the rotor, and with a multi-turn spiral groove made on its working surface, a stator tightly adjacent to the working surface of the rotor with the formation of a closed multi-turn spiral channel for the passage of the working medium, is limited wall of the spiral groove of the rotor and the inner surface of the stator, and made with a slot located in the plane of the axis of rotation of the rotor, and a shutter made in the form of a disk located in the same plane and tightly entering the slot of the stator with projections uniformly and radially located along its perimeter, tightly adjacent to the surface of the spiral groove of the rotor over its entire radial section, interacting with this surface with the rotation of the shutter and sharing the internal volume of the said spiral channel n working chambers, each of which is enclosed between two adjacent protrusions of the shutter, while the axis of the shutter is tangent to the axial circumference of the said torus, the radius of which exceeds the radius of the circle drawn in the plane of the shutter disk through the vertices of its protrusions, and on the stator there are cut the inlet and outlet windows communicating with the multi-turn spiral channel, in contrast to the prototype, the radial section of the spiral groove of the rotor is mainly in the shape of a semicircle, at The outer part of each protrusion of the shutter interacting with the surface of the spiral groove of the rotor is sphere-shaped, with the angle α of the said sector of the circle and the location of the latter relative to the equatorial plane of the said torus, as well as the location of the inlet and outlet windows of the stator relative to the rotor and the direction of rotation of the latter and / or the direction of the spiral groove of the rotor relative to the direction of its rotation is selected depending on the design of the machine, emogo of its functions. In this case, the outer surface of the rotor can be made concentrically to its working surface, and the outer surface of the stator can be made concentrically of its inner surface adjacent to the working surface of the rotor.

При конструктивном исполнении машины в виде двигателя внутреннего сгорания угол α вышеупомянутого сектора круга делится экваториальной плоскостью вышеупомянутого тора на две части, одна из которых составляет угол β, выполненный в соответствии с соотношениемIn the design of the machine in the form of an internal combustion engine, the angle α of the aforementioned sector of the circle is divided by the equatorial plane of the aforementioned torus into two parts, one of which is the angle β, made in accordance with the ratio

360°/N<β≤180°,360 ° / N <β≤180 °,

где N - количество выступов на затворе, а вторая - угол γ, выполненный в соответствии с соотношениемwhere N is the number of protrusions on the shutter, and the second is the angle γ, made in accordance with the ratio

360°/N<γ≤180°,360 ° / N <γ≤180 °,

при условии, что при любом значении углов β и γ, соответствующем указанным соотношениям, угол α меньше 360° на величину, необходимую для обеспечения возможности закрепления статора в неподвижном положении относительно ротора и обеспечения возможности доступа к впускному и выпускному окнам статора, при этом впускное окно расположено вблизи края ротора, расположенного во второй части угла α, выпускное окно расположено вблизи края ротора, расположенного в первой части угла α, а направление спиральной канавки ротора относительно направления его вращения и направление вращения ротора при запуске двигателя выбираются таким образом, чтобы каждая рабочая камера многовиткового спирального канала в такте всасывания и сжатия рабочей смеси, поступающей в указанную рабочую камеру через впускное окно статора, перемещалась от одного края ротора, вблизи которого расположено впускное окно статора, к оси вращения ротора, а в такте рабочего хода и выпуска отработавших продуктов сгорания через выпускное окно статора - от оси вращения ротора к его второму краю, вблизи которого расположено выпускное окно статора.provided that for any values of the angles β and γ corresponding to the indicated ratios, the angle α is less than 360 ° by the amount necessary to enable the stator to be fixed in a fixed position relative to the rotor and to allow access to the inlet and outlet windows of the stator, while the inlet window located near the edge of the rotor located in the second part of the angle α, the exhaust window is located near the edge of the rotor located in the first part of the angle α, and the direction of the spiral groove of the rotor relative to the direction its rotation and the direction of rotation of the rotor when starting the engine are selected so that each working chamber of the multi-turn spiral channel in the cycle of suction and compression of the working mixture entering the specified working chamber through the inlet window of the stator moves from one edge of the rotor near which the stator inlet window is located to the axis of rotation of the rotor, and in the stroke of the working stroke and exhaust exhaust products through the exhaust window of the stator - from the axis of rotation of the rotor to its second edge, near which is located stator outlet window.

При конструктивном исполнении машины в виде парового или пневмодвигателя вышеупомянутый сектор круга расположен по одну сторону от экваториальной плоскости вышеупомянутого тора, и его угол α выполнен в соответствии с соотношениемWith the design of the machine in the form of a steam or air motor, the aforementioned sector of the circle is located on one side of the equatorial plane of the aforementioned torus, and its angle α is made in accordance with the ratio

360°/N<α≤180°,360 ° / N <α≤180 °,

при этом впускное окно статора расположено вблизи оси вращения ротора, выпускное окно статора расположено на периферии ротора, а направление спиральной канавки ротора относительно направления его вращения выбирается таким образом, чтобы каждая рабочая камера многовиткового спирального канала в такте впуска и расширения рабочего тела, поступающего в указанную рабочую камеру через впускное окно статора, перемещалась от оси вращения ротора к его периферии с сообщением с выпускным окном статора в конце такта расширения.the inlet window of the stator is located near the axis of rotation of the rotor, the outlet of the stator is located on the periphery of the rotor, and the direction of the spiral groove of the rotor relative to the direction of its rotation is selected so that each working chamber of the multi-turn spiral channel in the inlet and expansion of the working fluid entering the specified the working chamber through the inlet window of the stator, moved from the axis of rotation of the rotor to its periphery with a message with the outlet window of the stator at the end of the expansion stroke.

При конструктивном исполнении машины в виде компрессора или вакуумного насоса вышеупомянутый сектор круга расположен по одну сторону от экваториальной плоскости вышеупомянутого тора, и его угол α выполнен в соответствии с соотношениемWith the design of the machine in the form of a compressor or a vacuum pump, the aforementioned sector of the circle is located on one side of the equatorial plane of the aforementioned torus, and its angle α is made in accordance with the ratio

360°/N<α≤180°,360 ° / N <α≤180 °,

при этом впускное окно статора расположено на периферии ротора, выпускное окно статора расположено вблизи оси вращения ротора, а направление спиральной канавки ротора относительно направления его вращения выбирается таким образом, чтобы каждая рабочая камера многовиткового спирального канала в такте всасывания и сжатия рабочего тела, поступающего в указанную рабочую камеру через впускное окно статора, перемещалась от периферии ротора к оси его вращения с сообщением с выпускным окном статора в конце такта сжатия.wherein the stator inlet window is located on the periphery of the rotor, the stator outlet window is located near the axis of rotation of the rotor, and the direction of the spiral groove of the rotor relative to the direction of rotation is selected so that each working chamber of the multi-turn spiral channel in the suction and compression stroke of the working fluid entering the working chamber through the inlet window of the stator, moved from the periphery of the rotor to the axis of its rotation with a message with the outlet window of the stator at the end of the compression stroke.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - роторная объемная машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, поперечное сечение;figure 1 - rotary volumetric machine, made in the form of an internal combustion engine, cross section;

на фиг.2 -сечение А-А на фиг.1;figure 2 is a section aa in figure 1;

на фиг.3 - внешний вид двигателя внутреннего сгорания без статора;figure 3 is an external view of an internal combustion engine without a stator;

на фиг.4 - внешний вид двигателя внутреннего сгорания со статором;figure 4 is an external view of an internal combustion engine with a stator;

на фиг.5 - роторная объемная машина, выполненная в виде парового или пневмодвигателя, поперечное сечение;figure 5 - rotary volumetric machine, made in the form of a steam or air motor, cross section;

на фиг.6 - внешний вид показанной на фиг.5 роторной объемной машины без статора;in Fig.6 is an external view of the rotary volumetric machine shown in Fig.5 without a stator;

на фиг.7 - внешний вид показанной на фиг.5 роторной объемной машины со статором;in Fig.7 is an external view of the rotary volumetric machine with a stator shown in Fig.5;

на фиг.8 - роторная объемная машина, выполненная в виде компрессора или вакуумного насоса, поперечное сечение;on Fig - rotary volumetric machine, made in the form of a compressor or vacuum pump, cross section;

на фиг.9 - внешний вид показанной на фиг.8 роторной объемной машины без статора;figure 9 is an external view shown in Fig.8 rotary volumetric machine without a stator;

на фиг.10 - внешний вид показанной на фиг.8 роторной объемной машины со статором.figure 10 is an external view shown in Fig.8 rotary volumetric machine with a stator.

Предлагаемая роторная объемная машина содержит ротор 1 (фиг.1) с рабочей поверхностью 2, представляющей собой поверхность части тора 3 (пунктирной линией 3 на фиг.1 обозначена отсутствующая в конструкции машины часть радиального сечения указанного тора), образуемой от вращения сектора круга с радиусом Rp и углом α вокруг оси I-I вращения ротора 1 при расположении указанного сектора круга со стороны оси I-I, и с многовитковой спиральной канавкой 4, выполненной на его рабочей поверхности 2, статор 5, прилегающий к рабочей поверхности 2 ротора 1 с образованием закрытого многовиткового спирального канала 6 для прохода рабочей среды, ограниченного стенками спиральной канавки 4 ротора 1 и внутренней поверхностью статора 5, и выполненный с прорезью 7 (фиг.2), расположенной в плоскости оси I-I, и затвор 8, выполненный в виде расположенного также в плоскости оси I-I диска 9 (фиг.3) с равномерно и радиально расположенными по его периметру и плотно входящими в прорезь 7 статора 5 выступами 10, прилегающими к поверхности спиральной канавки 4 ротора 1 на всем ее радиальном сечении и взаимодействующими с указанной поверхностью с вращением затвора 8 вокруг его оси II-II (фиг.2) в направлении, обозначенном стрелкой δ. При этом выступы 10 затвора 8 разделяют многовитковый спиральный канал 6 на несколько рабочих камер 11 (фиг.2), каждая из которых заключена между двумя смежными выступами 10 указанного затвора, ось II-II затвора 8 является касательной к осевой окружности тора 3, радиус R которой превышает радиус Rз окружности, проведенной в плоскости диска 9 затвора 8 через вершины выступов 10 последнего, на статоре 5 выполнены расположенные с разных сторон его прорези 7 впускное 12 и выпускное 13 окна, сообщающиеся с многовитковым спиральным каналом 6, а с каждой стороны затвора 8 закреплена соосно с диском 9 полуось 14 (фиг.4), которая может быть установлена на подшипнике (не показан), размещенном в опоре (не показана), закрепленной неподвижно, например на статоре 5. Радиальное сечение спиральной канавки 4 ротора 1 имеет преимущественно форму полукруга радиусом r, при которой внешняя часть 15 каждого выступа 10 затвора 8, взаимодействующая с поверхностью спиральной канавки 4 ротора 1, выполнена сферообразной формы того же радиуса r с двумя плоскими боковыми сторонами 16, каждая из которых расположена параллельно плоскости диска 9 и выступает над его боковой поверхностью или лежит в плоскости последней. Прорезь 7 статора 5 имеет форму поперечного сечения части затвора 8, входящей в данную прорезь. При этом в случае, когда затвор 8 выполнен таким образом, что боковые стороны 16 его выступов 10 лежат в плоскости боковых сторон диска 9, прорезь 7 статора 5 выполняется одинаковой ширины по всей ее длине, причем указанная ширина прорези 7 равна толщине диска 9, а в случае, когда затвор 8 выполнен с выступанием боковых сторон 16 его выступов 10 над боковой поверхностью диска 9, концевые участки прорези 7 статора 5, через которые проходят выступы 10 затвора 8, выполняются более широкими, чем остальная часть прорези 7, через которую проходит диск 9, причем ширина каждого из указанных концевых участков прорези 7 выполняется равной расстоянию между боковыми сторонами 16 каждого выступа 10 затвора 8. Для обеспечения герметичности рабочих камер 11 радиус окружности, проведенной в плоскости диска 9 затвора 8 через углубления 17, разделяющие смежные выступы 10 последнего, равен радиусу Rp рабочей поверхности 2 ротора 1. Для снижения металлоемкости роторной машины наружная поверхность 18 (фиг.1) ротора 1 выполнена в виде части тора 19 (пунктирной линией 19 на фиг.1 обозначена отсутствующая в конструкции машины часть радиального сечения указанного тора), расположенного снаружи и коаксиально по отношению к тору 3. При этом указанная поверхность 18 расположена напротив рабочей поверхности 2 ротора 1 в зоне угла α. Вместе с тем для снижения металлоемкости роторной машины наружная поверхность статора 5 выполнена концентрично его внутренней поверхности, примыкающей к рабочей поверхности 2 ротора 1.The proposed rotary volumetric machine comprises a rotor 1 (Fig. 1) with a working surface 2 representing the surface of a part of the torus 3 (dashed line 3 in Fig. 1 denotes a part of the radial section of the indicated torus that is absent in the machine structure), which is formed from rotation of a circle sector with a radius Rp and an angle α about the axis II of rotation of the rotor 1 when the specified sector of the circle is located on the side of the axis II, and with a multi-turn spiral groove 4 made on its working surface 2, the stator 5 adjacent to the working surface 2 of the rotor 1 with the image the use of a closed multi-turn spiral channel 6 for the passage of the working medium, limited by the walls of the spiral groove 4 of the rotor 1 and the inner surface of the stator 5, and made with a slot 7 (figure 2), located in the plane of the axis II, and the shutter 8, made in the form located also in the plane of the axis II of the disk 9 (Fig.3) with uniformly and radially located around its perimeter and tightly entering the slots 7 of the stator 5, the protrusions 10 adjacent to the surface of the spiral groove 4 of the rotor 1 in its entire radial section and interacting with the specified surface with the rotation of the shutter 8 around its axis II-II (figure 2) in the direction indicated by the arrow δ. In this case, the protrusions 10 of the shutter 8 divide the multi-turn spiral channel 6 into several working chambers 11 (Fig. 2), each of which is enclosed between two adjacent protrusions 10 of the specified shutter, the axis II-II of the shutter 8 is tangent to the axial circumference of the torus 3, radius R which exceeds the radius Rz of the circle drawn in the plane of the disk 9 of the shutter 8 through the tops of the protrusions 10 of the latter, on the stator 5 there are made inlet 12 and outlet 13 windows located on different sides of its slot 7, communicating with a multi-turn spiral channel 6, and on each side the shutter 8 is fixed coaxially with the disk 9 to the axle shaft 14 (Fig. 4), which can be mounted on a bearing (not shown) placed in a support (not shown) fixed motionless, for example, on the stator 5. The radial section of the spiral groove 4 of the rotor 1 has mainly a semicircle of radius r, in which the outer part 15 of each protrusion 10 of the shutter 8, interacting with the surface of the spiral groove 4 of the rotor 1, is made sphere-shaped in the same radius r with two flat lateral sides 16, each of which is parallel to the plane bone disk 9 and acts on its side surface or lying in the plane of the latter. The slot 7 of the stator 5 has a cross-sectional shape of a portion of the shutter 8 included in this slot. Moreover, in the case when the shutter 8 is made in such a way that the sides 16 of its protrusions 10 lie in the plane of the sides of the disk 9, the slot 7 of the stator 5 is made of the same width along its entire length, and the specified width of the slot 7 is equal to the thickness of the disk 9, and in the case when the shutter 8 is made with the protrusion of the lateral sides 16 of its protrusions 10 above the side surface of the disk 9, the end sections of the slot 7 of the stator 5, through which the protrusions 10 of the shutter 8 pass, are made wider than the rest of the slot 7 through which the disk passes 9, with w the irina of each of these end sections of the slot 7 is equal to the distance between the lateral sides 16 of each protrusion 10 of the shutter 8. To ensure the tightness of the working chambers 11, the radius of the circle drawn in the plane of the disk 9 of the shutter 8 through the recesses 17 separating adjacent protrusions 10 of the latter is equal to the radius Rp the working surface 2 of the rotor 1. To reduce the metal consumption of the rotor machine, the outer surface 18 (Fig. 1) of the rotor 1 is made in the form of a part of the torus 19 (dashed line 19 in Fig. 1 denotes the missing machine design Part of the radial section of said torus) placed outside and coaxially with respect to the torus 3. For this, said surface 18 is located opposite the working surface 2 of the rotor 1 in the area of the angle α. However, to reduce the metal consumption of the rotor machine, the outer surface of the stator 5 is made concentric with its inner surface adjacent to the working surface 2 of the rotor 1.

Величина угла α (фиг.1) сектора круга, образующего при своем вращении вокруг оси I-I рабочую поверхность 2 ротора 1, и расположение указанного сектора относительно экваториальной плоскости тора 3, перпендикулярной оси I-I и делящей тор 3 на две равные половины, а также расположение впускного 12 и выпускного 13 окон статора 5 относительно ротора 1 и направление вращения последнего и/или направление спиральной канавки 4 ротора 1 относительно направления его вращения выбираются в зависимости от варианта конструктивного исполнения машины, определяемого выполняемыми ею функциями.The value of the angle α (Fig. 1) of the sector of the circle forming, when it rotates around axis II, the working surface 2 of the rotor 1, and the location of this sector relative to the equatorial plane of the torus 3, perpendicular to the axis II and dividing the torus 3 into two equal halves, as well as the location of the inlet 12 and the outlet 13 of the windows of the stator 5 relative to the rotor 1 and the direction of rotation of the latter and / or the direction of the spiral groove 4 of the rotor 1 relative to the direction of its rotation are selected depending on the design of the machine, determine of the functions performed by it.

При конструктивном исполнении предлагаемой роторной машины в виде двигателя внутреннего сгорания указанный угол α делится на две части экваториальной плоскостью тора 3. Одна из этих частей составляет угол β, выполненный в соответствии с соотношениемWhen the design of the proposed rotary machine in the form of an internal combustion engine, the specified angle α is divided into two parts by the equatorial plane of the torus 3. One of these parts is the angle β, made in accordance with the ratio

360°/N<β≤180°,360 ° / N <β≤180 °,

где N - количество выступов 10 на затворе 8, а вторая - угол γ, выполненный в соответствии с соотношениемwhere N is the number of protrusions 10 on the shutter 8, and the second is the angle γ, made in accordance with the ratio

360°/N<γ≤180°,360 ° / N <γ≤180 °,

при условии, что при любом значении углов β и γ, соответствующем указанным соотношениям, их сумма, равная углу α, не может достигать 360°, поскольку при α=360° невозможен доступ к внешней стороне статора 5, необходимый для закрепления последнего на какой-либо станине в неподвижном положении относительно ротора 1, и невозможен также доступ к впускному 12 и выпускному 13 окнам статора 5, необходимый для подсоединения к указанным окнам соответственно впускного и выпускного трубопроводов (не показаны). Таким образом, указанные выше соотношения для углов β и γ выполняются при условии, что угол α меньше 360° на величину, необходимую для обеспечения возможности закрепления статора 5 в неподвижном положении относительно ротора 1 и обеспечения возможности доступа к впускному 12 и выпускному 13 окнам статора 5.provided that for any values of the angles β and γ corresponding to the indicated relations, their sum equal to the angle α cannot reach 360 °, since at α = 360 ° it is impossible to access the outer side of the stator 5, which is necessary to fix the latter to some or the bed in a fixed position relative to the rotor 1, and it is also impossible to access the inlet 12 and outlet 13 of the windows of the stator 5, necessary for connecting the inlet and outlet pipelines (not shown) to said windows, respectively. Thus, the above ratios for angles β and γ are satisfied provided that the angle α is less than 360 ° by the amount necessary to enable the stator 5 to be fixed in a fixed position relative to the rotor 1 and to provide access to the inlet 12 and outlet 13 of the stator 5 .

При этом впускное окно 12 расположено вблизи края ротора 1, расположенного в зоне угла γ, выпускное окно 13 расположено вблизи края ротора 1, расположенного в зоне угла β, а направление спиральной канавки 4 относительно направления вращения ротора 1, обозначенного на фиг.3 стрелкой ω, и направление вращения ротора 1 при запуске двигателя выбираются таким образом, чтобы каждая рабочая камера 11 многовиткового спирального канала 6, заключенная между двумя смежными выступами 10 затвора 8, в такте всасывания и сжатия рабочей смеси, поступающей в указанную рабочую камеру через впускное окно 12 статора 5, перемещалась от одного края ротора 1, вблизи которого расположено впускное окно 12 статора 5, к оси I-I вращения ротора 1, а в такте рабочего хода и выпуска отработавших продуктов сгорания через выпускное окно 13 статора 5 - от оси I-I вращения ротора 1 к его второму краю, вблизи которого расположено выпускное окно 13. Для обеспечения воспламенения рабочей смеси в рабочих камерах 11 спирального канала 6 двигатель снабжен системой зажигания (не показана) с, по меньшей мере, одной свечой зажигания, установленной на статоре 5 в зоне экваториальной плоскости тора 3 и входящей в спиральный канал 6. Кроме того, двигатель снабжен системой запуска (не показана), обеспечивающей вращение вала 20 при запуске двигателя.In this case, the inlet window 12 is located near the edge of the rotor 1 located in the region of the angle γ, the outlet window 13 is located near the edge of the rotor 1 located in the region of the angle β, and the direction of the spiral groove 4 is relative to the direction of rotation of the rotor 1, indicated in Fig. 3 by the arrow ω , and the direction of rotation of the rotor 1 when starting the engine is selected so that each working chamber 11 of the multi-turn spiral channel 6, enclosed between two adjacent protrusions 10 of the shutter 8, in the suction and compression stroke of the working mixture supplied to the decree the working chamber through the inlet window 12 of the stator 5, moved from one edge of the rotor 1, near which the inlet window 12 of the stator 5 is located, to the axis II of rotation of the rotor 1, and in the stroke of the stroke and exhaust exhaust products through the outlet window 13 of the stator 5 - from the axis II of rotation of the rotor 1 to its second edge, near which there is an exhaust window 13. To ensure ignition of the working mixture in the working chambers 11 of the spiral channel 6, the engine is equipped with an ignition system (not shown) with at least one spark plug detecting on the stator 5 in the equatorial plane of the torus zone 3 and entering the spiral channel 6. Furthermore, the engine start system is provided (not shown) allowing rotation of shaft 20 during engine startup.

При конструктивном исполнении предлагаемой машины в виде парового или пневмодвигателя угол α (фиг.5) сектора круга, образующего при своем вращении вокруг оси I-I рабочую поверхность 2 ротора 1, выполнен в соответствии с соотношениемWith the design of the proposed machine in the form of a steam or air motor, the angle α (Fig. 5) of the sector of the circle forming, when it rotates around the axis I-I, the working surface 2 of the rotor 1, is made in accordance with the ratio

360°/N<α≤180°,360 ° / N <α≤180 °,

и упомянутый сектор круга расположен по одну сторону от экваториальной плоскости тора 3, при этом впускное окно 12 (фиг.7) статора 5 расположено вблизи оси I-I вращения ротора 1, выпускное окно 13 статора 5 расположено на периферии ротора, а направление спиральной канавки 4 ротора 1 относительно направления его вращения, обозначенного на фиг.6 стрелкой ω, выбирается таким образом, чтобы каждая рабочая камера 11 многовиткового спирального канала 6, заключенная между двумя смежными выступами 10 затвора 8, в такте впуска и расширения рабочей среды, поступающей в указанную рабочую камеру через впускное окно 12 статора 5, перемещалась от оси I-I вращения ротора 1 к его периферии с сообщением данной камеры с выпускным окном 13 статора 5 в конце такта расширения.and said sector of the circle is located on one side of the equatorial plane of the torus 3, while the inlet window 12 (Fig. 7) of the stator 5 is located near the axis II of rotation of the rotor 1, the outlet window 13 of the stator 5 is located on the periphery of the rotor, and the direction of the spiral groove 4 of the rotor 1 relative to the direction of its rotation, indicated by the arrow ω in FIG. 6, is selected so that each working chamber 11 of the multi-turn spiral channel 6, enclosed between two adjacent protrusions 10 of the shutter 8, in the inlet and the expansion of the working medium, falling into the specified working chamber through the inlet window 12 of the stator 5, moved from the axis I-I of rotation of the rotor 1 to its periphery with the message of this camera with the outlet window 13 of the stator 5 at the end of the expansion stroke.

При конструктивном исполнении предлагаемой машины в виде компрессора или вакуумного насоса угол α (фиг.8) сектора круга, образующего при своем вращении вокруг оси I-I рабочую поверхность 2 ротора 1, выполнен в соответствии с соотношениемWith the design of the proposed machine in the form of a compressor or a vacuum pump, the angle α (Fig. 8) of the sector of the circle forming, when it rotates around the axis I-I, the working surface 2 of the rotor 1, is made in accordance with the ratio

360°/N<α≤180°,360 ° / N <α≤180 °,

и упомянутый сектор круга расположен по одну сторону от экваториальной плоскости тора 3, при этом впускное окно 12 статора 5 расположено на периферии ротора 1, выпускное окно 13 статора 5 расположено вблизи оси I-I вращения ротора 1, а направление спиральной канавки 4 ротора 1 относительно направления его вращения, обозначенного на фиг.11 стрелкой ω, выбирается таким образом, чтобы каждая рабочая камера 11 многовиткового спирального канала 6, заключенная между двумя смежными выступами 10 затвора 8, в такте всасывания и сжатия рабочей среды, поступающей в указанную рабочую камеру через впускное окно 12 статора 5, перемещалась от периферии ротора 1 к оси I-I его вращения с сообщением данной рабочей камеры с выпускным окном 13 статора 5 в конце такта сжатия. В случае использования предлагаемой роторной машины в качестве компрессора впускное окно 12 сообщается с атмосферой или с источником какого-либо газа, а при использовании указанной машины в качестве вакуумного насоса впускное окно 12 сообщается с полостью, в которой необходимо создать нужное разряжение.and said sector of the circle is located on one side of the equatorial plane of the torus 3, while the inlet window 12 of the stator 5 is located on the periphery of the rotor 1, the outlet window 13 of the stator 5 is located near the axis II of rotation of the rotor 1, and the direction of the spiral groove 4 of the rotor 1 relative to its direction 11, indicated by the arrow ω in FIG. 11, is selected so that each working chamber 11 of the multi-turn spiral channel 6, enclosed between two adjacent protrusions 10 of the shutter 8, in the suction and compression stroke of the working medium her in the specified working chamber through the inlet window 12 of the stator 5, moved from the periphery of the rotor 1 to the axis I-I of its rotation with the message of this working chamber with the outlet window 13 of the stator 5 at the end of the compression stroke. In the case of using the proposed rotary machine as a compressor, the inlet window 12 communicates with the atmosphere or with a source of any gas, and when using the specified machine as a vacuum pump, the inlet window 12 communicates with a cavity in which it is necessary to create the desired discharge.

Во всех представленных конструктивных исполнениях предлагаемой роторной машины ее ротор 1 снабжен соосным с осью I-I его вращения валом 20 (фиг.1, 5 и 8), служащим для отбора мощности - при исполнении машины в виде двигателя внутреннего сгорания и парового или пневмодвигателя или для привода ротора 1 - при исполнении машины в виде компрессора или вакуумного насоса.In all the presented designs of the proposed rotary machine, its rotor 1 is equipped with a shaft 20 coaxial with the axis II of its rotation (Figs. 1, 5 and 8), which serves for power take-off - when the machine is designed as an internal combustion engine and a steam or air motor or for drive rotor 1 - when the machine is in the form of a compressor or a vacuum pump.

Роторная объемная машина работает следующим образом.Rotary volumetric machine operates as follows.

При ее исполнении в виде двигателя внутреннего сгорания (фиг.1-4) с помощью системы запуска ротор 1 приводится в начальное вращение вокруг оси I-I в направлении, отмеченном стрелкой ω. При этом вращающаяся спиральная канавка 4 ротора 1 взаимодействует с выступами 10 затвора 8, приводя последний во вращение вокруг оси II-II в направлении, отмеченном стрелкой δ. В процессе вращения ротора 1 и взаимодействующего с ним затвора 8 топливная смесь через впускное окно 12 поступает в расположенную напротив этого окна рабочую камеру 11 спирального канала 6, которая при вращении ротора 1 увеличивается в объеме с одновременным всасыванием в нее рабочей топливной смеси. При совершении ротором 1 полного оборота вокруг оси I-I протяженность указанной рабочей камеры 11 канала 6 возрастает до полного витка спиральной канавки 4 ротора 1, после чего такт всасывания в ней завершается, и она замыкается с двух сторон смежными выступами 10 затвора 8, а место напротив впускного окна 12 занимает следующая рабочая камера 11 спирального канала 6. При дальнейшем повороте ротора 1 рабочая камера 11, наполненная рабочей смесью, вместе с ограничивающими ее выступами 10 затвора 8 перемещается в сторону оси I-I вращения ротора 1, что приводит к уменьшению ее объема и сжатию находящейся в ней рабочей смеси. При достижении указанной рабочей камерой 11 оси I-I такт сжатия в ней завершается, и сжатая рабочая смесь зажигается (например, с помощью свечи зажигания), после чего при дальнейшем вращении ротора 1 в данной рабочей камере 11, движущейся в зоне ротора 1, ограниченной углом γ (фиг.1), от оси I-I вращения ротора 1 к его периферии, осуществляется такт рабочего поворота ротора (аналогичный такту рабочего хода в поршневом двигателе внутреннего сгорания), при котором объем указанной рабочей камеры 11 увеличивается, а находящиеся в ней продукты сгорания рабочей смеси в виде отработавших газов расширяются, совершая полезную работу. При этом силы от давления, формируемого в указанной рабочей камере 11 при сгорании в ней рабочей смеси, действуют на стенки спиральной канавки 4 ротора 1, создавая на последнем рабочий крутящий момент, который передается на вал отбора мощности 20 и действует в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора 1 в момент запуска двигателя. После соединения указанной рабочей камеры 11 с выпускным окном 13 такт рабочего поворота ротора в данной рабочей камере 11 канала 6 заканчивается, и начинается такт выхлопа продуктов сгорания с одновременным снижением объема указанной рабочей камеры 11. Такт выхлопа в упомянутой рабочей камере 11 завершается после снижения ее рабочего объема до нуля. При этом в такте выхлопа отработавшие газы полностью вытесняются из указанной рабочей камеры 11 канала 6 за один оборот ротора 1.When it is executed in the form of an internal combustion engine (Figs. 1-4) using the start system, the rotor 1 is driven into initial rotation around the axis I-I in the direction indicated by the arrow ω. In this case, the rotating spiral groove 4 of the rotor 1 interacts with the protrusions 10 of the shutter 8, causing the latter to rotate around the axis II-II in the direction indicated by the arrow δ. During the rotation of the rotor 1 and the gate 8 interacting with it, the fuel mixture through the inlet window 12 enters the working chamber 11 of the spiral channel 6 located opposite this window, which, when the rotor 1 rotates, increases in volume while the working fuel mixture is sucked into it. When the rotor 1 completes a complete revolution around axis II, the length of the specified working chamber 11 of the channel 6 increases to a full turn of the spiral groove 4 of the rotor 1, after which the suction stroke in it ends, and it closes on both sides with adjacent protrusions 10 of the shutter 8, and the place opposite the inlet the window 12 is occupied by the next working chamber 11 of the spiral channel 6. With a further rotation of the rotor 1, the working chamber 11, filled with the working mixture, together with the protrusions 10 of the shutter 8 bounding it, moves towards the axis of rotation II of the rotor 1, which dit to decrease its volume and compression being in its working mixture. Upon reaching the axis II specified by the working chamber 11, the compression stroke in it ends, and the compressed working mixture is ignited (for example, using a spark plug), after which, with further rotation of the rotor 1 in this working chamber 11, moving in the zone of the rotor 1, limited by angle γ (Fig. 1), from the axis of rotation II of the rotor 1 to its periphery, a working rotation of the rotor is carried out (similar to the working stroke in a reciprocating internal combustion engine), in which the volume of said working chamber 11 is increased, and the combustion products located therein eyes mixture as the exhaust gas expands, performing useful work. In this case, the forces from the pressure generated in the specified working chamber 11 during the combustion of the working mixture in it act on the walls of the spiral groove 4 of the rotor 1, creating at the last working torque that is transmitted to the power take-off shaft 20 and acts in the direction coinciding with the direction rotation of the rotor 1 at the time of starting the engine. After the connection of the specified working chamber 11 with the exhaust window 13, the cycle of working rotation of the rotor in this working chamber 11 of the channel 6 ends, and the cycle of exhaust of combustion products begins with a simultaneous decrease in the volume of the specified working chamber 11. The exhaust cycle in the said working chamber 11 is completed after reducing its working volume to zero. Moreover, in the exhaust stroke, the exhaust gases are completely displaced from the specified working chamber 11 of the channel 6 for one revolution of the rotor 1.

Регулировка рабочего объема двигателя, степени сжатия рабочей смеси и степени расширения отработавших газов может осуществляться за счет изменения величины геометрических параметров R, Rp, Rз, r, α, β и γ двигателя и количества N выступов 10 затвора 8, а регулировка фаз газораспределения двигателя - за счет изменения величины расстояния от оси I-I до впускного 12 и выпускного 13 окон статора 5.The engine displacement, the compression ratio of the working mixture, and the expansion ratio of the exhaust gases can be adjusted by changing the geometric parameters R, Rp, Rз, r, α, β, and γ of the engine and the number N of protrusions 10 of the shutter 8, and the timing of the engine timing due to changes in the distance from the axis II to the inlet 12 and the outlet 13 of the windows of the stator 5.

При конструктивном исполнении предлагаемой роторной машины в виде парового или пневмодвигателя (фиг.5-7) внутрь рабочей камеры 11 спирального канала 6, сообщающейся с впускным окном 12 и ограниченной двумя смежными выступами 10 затвора 8, через впускное окно 12 подается под давлением сжимаемая рабочая среда в виде горячего пара (при использовании машины в качестве парового двигателя) или сжатого воздуха или какого-либо газа (при использовании машины в качестве пневмодвигателя). Под действием давления рабочей среды на стенки спиральной канавки 4 ротор 1 начинает вращаться вокруг своей оси I-I в направлении, отмеченном стрелкой со, а его спиральная канавка 4, взаимодействующая с выступами 10 затвора 8, приводит последний во вращение в направлении, отмеченном стрелкой δ. При этом указанная рабочая камера 11 спирального канала 6 перемещается вместе с ограничивающими ее смежными выступами 10 затвора 8 от оси I-I в сторону периферии ротора 1 с увеличением своего объема, который заполняется рабочей средой до тех пор, пока ротор 1 не совершит полный оборот вокруг оси I-I, после чего данная рабочая камера 11 разобщается с впускным окном 12, и такт всасывания в ней заканчивается, а впускное окно 12 сообщается со следующей рабочей камерой 11 спирального канала 6. В процессе дальнейшего вращения ротора 1 заполненная рабочей средой рабочая камера 11 канала 6 продолжает перемещаться вместе с ограничивающими ее смежными выступами 10 затвора 8 к периферии ротора 1 с увеличением своего объема, что приводит к расширению и остыванию находящейся в ней рабочей среды, оказывающей давление на стенки спиральной канавки 4 ротора 1, приводящее последний во вращение - происходит такт рабочего поворота ротора 1. Таким образом, в процессе расширения и остывания рабочей среды в указанной рабочей камере 11 спирального канала 6 ее внутренняя энергия преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора 1, создавая на последнем рабочий крутящий момент, который передается на вал отбора мощности 20. Такт рабочего поворота ротора 1 заканчивается в момент, когда один из ограничивающих указанную рабочую камеру 11 выступов 10 затвора 8 приблизится к внешнему краю ротора 1 и данная рабочая камера канала 6 соединится с выпускным окном 13, что соответствует началу такта выхлопа отработавшей рабочей среды из указанной рабочей камеры 11 через выпускное окно 13. В ходе такта выхлопа, продолжающегося в течение одного оборота ротора 1, указанная рабочая камера 11 уменьшается в объеме и из нее полностью вытесняется отработавшая рабочая среда.With the design of the proposed rotary machine in the form of a steam or air motor (Fig. 5-7) inside the working chamber 11 of the spiral channel 6, which communicates with the inlet window 12 and bounded by two adjacent protrusions 10 of the shutter 8, a compressible working medium is supplied through the inlet window 12 under pressure in the form of hot steam (when using the machine as a steam engine) or compressed air or any gas (when using the machine as an air motor). Under the action of the pressure of the working medium on the walls of the spiral groove 4, the rotor 1 begins to rotate around its axis I-I in the direction indicated by the arrow co, and its spiral groove 4, interacting with the protrusions 10 of the shutter 8, rotates the latter in the direction indicated by the arrow δ. Moreover, the specified working chamber 11 of the spiral channel 6 moves together with its adjacent adjacent protrusions 10 of the shutter 8 from the axis II towards the periphery of the rotor 1 with an increase in its volume, which is filled with a working medium until the rotor 1 makes a complete revolution around axis II after which this working chamber 11 is disconnected from the inlet window 12, and the suction stroke in it ends, and the inlet window 12 communicates with the next working chamber 11 of the spiral channel 6. During the further rotation of the rotor 1, the filled working medium the working chamber 11 of the channel 6 continues to move together with the adjacent adjacent protrusions 10 of the shutter 8 bounding it to the periphery of the rotor 1 with an increase in its volume, which leads to the expansion and cooling of the working medium inside it, exerting pressure on the walls of the spiral groove 4 of the rotor 1, which leads to the latter in rotation - there is a step of working rotation of the rotor 1. Thus, in the process of expansion and cooling of the working medium in the specified working chamber 11 of the spiral channel 6, its internal energy is converted into kinetic energy rotation of the rotor 1, creating at the last working torque that is transmitted to the power take-off shaft 20. The working turn of the rotor 1 ends at the moment when one of the protrusions 10 of the shutter 8 bounding the specified working chamber 11 approaches the outer edge of the rotor 1 and this working chamber channel 6 will connect to the exhaust window 13, which corresponds to the beginning of the exhaust cycle of the spent working medium from the specified working chamber 11 through the exhaust window 13. During the exhaust cycle, which lasts for one revolution of the rotor 1, I the working chamber 11 is reduced in volume and the spent working environment is completely displaced from it.

При конструктивном исполнении предлагаемой роторной машины в виде компрессора или вакуумного насоса (фиг.8-10) ротор 1 получает вращение от приводного вала 20 в направлении, отмеченном стрелкой ω, а его спиральная канавка 4, взаимодействующая с выступами 10 затвора 8, приводит последний во вращение в направлении, отмеченном стрелкой δ. При этом рабочая камера 11 спирального канала 6, ограниченная двумя смежными выступами 10 затвора 8, перемещается вместе с указанными выступами 10 от периферии ротора 1 в сторону его оси I-I с увеличением своего объема, который заполняется рабочей средой (воздухом или газом) до тех пор, пока ротор 1 не совершит полный оборот вокруг оси I-I, после чего данная рабочая камера 11 разобщается с впускным окном 12, и ее наполнение рабочей средой прекращается, а впускное окно 12 сообщается со следующей рабочей камерой 11 спирального канала 6. В процессе дальнейшего вращения ротора 1 заполненная рабочей средой рабочая камера 11 канала 6 продолжает перемещаться вместе с ограничивающими ее смежными выступами 10 затвора 8 к оси I-I ротора 1 с уменьшением своего объема, что приводит к сжатию находящейся в ней рабочей среды. Такт сжатия в рабочей камере 11 заканчивается в момент, когда один из ограничивающих указанную камеру выступов 10 затвора 8 приблизится к оси I-I ротора 1 и данная рабочая камера соединится с выпускным окном 13, что соответствует началу такта выпуска сжатой рабочей среды из указанной рабочей камеры 11 через выпускное окно 13. В ходе такта выпуска, продолжающегося в течение одного оборота ротора 1, указанная рабочая камера 11 уменьшается в объеме и из нее полностью вытесняется рабочая среда.With the design of the proposed rotary machine in the form of a compressor or a vacuum pump (Figs. 8-10), the rotor 1 receives rotation from the drive shaft 20 in the direction indicated by the arrow ω, and its spiral groove 4, interacting with the protrusions 10 of the shutter 8, leads the latter to rotation in the direction indicated by arrow δ. In this case, the working chamber 11 of the spiral channel 6, limited by two adjacent protrusions 10 of the shutter 8, moves together with these protrusions 10 from the periphery of the rotor 1 towards its axis II with an increase in its volume, which is filled with a working medium (air or gas) until until the rotor 1 completes a complete revolution around axis II, after which this working chamber 11 is disconnected from the inlet window 12, and its filling with the working medium is stopped, and the inlet window 12 communicates with the next working chamber 11 of the spiral channel 6. In the process, the first rotor 1 filled with working fluid a working chamber 11 is channel 6 continues to move along with limiting its adjacent projections 10 of the shutter 8 to the I-I axis of the rotor 1 with a reduction of its volume, resulting in compression situated therein the working medium. The compression cycle in the working chamber 11 ends at the moment when one of the protrusions 10 of the shutter 8 bounding the specified chamber approaches the axis II of the rotor 1 and this working chamber is connected to the outlet window 13, which corresponds to the beginning of the cycle of releasing the compressed working medium from the specified working chamber 11 through exhaust window 13. During the exhaust cycle, which lasts for one revolution of the rotor 1, the specified working chamber 11 is reduced in volume and the working medium is completely expelled from it.

Выполнение выступов 10 затвора 8 сферообразной формы и выполнение взаимодействующей с указанными выступами спиральной канавки 4 ротора 1 в ее радиальном сечении в форме полукруга позволяет упростить изготовление ротора 1 и затвора 8, благодаря чему упрощается изготовление роторной машины и снижается ее стоимость. Указанная форма выполнения выступов 10 затвора 8 и спиральной канавки 4 ротора 1 позволяет также повысить герметичность стыка между выступами 10 и канавкой 4, за счет чего повышается кпд и мощность машины. Вместе с тем выполнение роторной машины с изменяемой величиной геометрических параметров R, Rp, Rз, r, α, β и γ, с переменным количеством N выступов 10 затвора 8 и изменяемой величиной расстояния от оси I-I вращения ротора 1 до впускного 12 и выпускного 13 окон статора 5 обеспечивает возможность регулировки в широких пределах рабочего объема роторной машины, фаз газораспределения, степени сжатия и степени расширения рабочей среды в ее спиральном канале 6, благодаря чему расширяются функциональные возможности роторной машины, что проявляется в возможности создания на базе предлагаемой роторной машины двигателя внутреннего сгорания, парового или пневмодвигателя, компрессора и вакуумного насоса.The implementation of the protrusions 10 of the shutter 8 of a spherical shape and the execution of the spiral groove 4 of the rotor 1 interacting with the indicated protrusions in its radial section in the form of a semicircle makes it possible to simplify the manufacture of the rotor 1 and the shutter 8, which simplifies the manufacture of the rotor machine and reduces its cost. The specified form of execution of the protrusions 10 of the shutter 8 and the spiral groove 4 of the rotor 1 can also increase the tightness of the joint between the protrusions 10 and the groove 4, thereby increasing the efficiency and power of the machine. However, the execution of the rotor machine with a variable geometric parameters R, Rp, Rz, r, α, β and γ, with a variable number N of protrusions 10 of the shutter 8 and a variable distance from the axis II of rotation of the rotor 1 to the inlet 12 and the outlet 13 windows the stator 5 provides the ability to adjust over a wide range of the working volume of the rotary machine, the gas distribution phases, the compression ratio and the degree of expansion of the working medium in its spiral channel 6, thereby expanding the functionality of the rotary machine, which is manifested in the possibility NOSTA creation on the basis of the proposed rotor machine of the internal combustion engine, steam or air motor, compressor and vacuum pump.

Claims

1. A rotary volumetric machine containing a rotor with a working surface representing the surface of a part of the torus formed from the rotation of the circle sector around the axis of rotation of the rotor when the specified sector of the circle is located on the side of the axis of rotation of the rotor, and with a multi-turn spiral groove made on its working surface, a stator tightly adjacent to the working surface of the rotor with the formation of a closed multi-turn spiral channel for the passage of the working medium bounded by the walls of the spiral groove of the rotor and the inner the surface of the stator, and made with a slot located in the plane of the axis of rotation of the rotor, and the shutter, made in the form of a disk located in the same plane and tightly entering the slot of the stator with uniformly and radially spaced along its perimeter protrusions, tightly adjacent to the surface of the spiral groove of the rotor over its entire radial section, interacting with this surface with the rotation of the shutter and dividing the internal volume of the spiral channel into working chambers, each of which is enclosed between two by the shutter’s protrusions, the shutter axis being tangent to the axial circumference of the said torus, the radius of which exceeds the radius of the circle drawn in the plane of the shutter disk through the tops of its protrusions, and the inlet and outlet windows communicating with the aforementioned on the stator are made multi-turn spiral channel, characterized in that the radial section of the spiral groove of the rotor has a predominantly semicircle shape, in which the outer part of each protrusion of the shutter interacts contacting the surface of the spiral groove of the rotor, is made sphere-shaped, with the angle α of the said sector of the circle and the location of the latter relative to the equatorial plane of the said torus, as well as the location of the inlet and outlet windows of the stator relative to the rotor and the direction of rotation of the latter and / or the direction of the spiral groove of the rotor relative the directions of its rotation are selected depending on the design of the machine, determined by the functions it performs.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the outer surface of the rotor is made concentric with its working surface.

3. The machine according to claim 1, characterized in that the outer surface of the stator is made concentric with its inner surface adjacent to the working surface of the rotor.

4. Machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when it is structurally designed as an internal combustion engine, said angle α is divided by the equatorial plane of said torus into two parts, one of which is angle β, made in accordance with the ratio

360 ° / N <β≤180 °,

where N is the number of protrusions on the shutter,

and the second is the angle γ, made in accordance with the ratio

360 ° / N <γ≤180 °,

provided that for any values of the angles β and γ corresponding to the indicated ratios, the angle α is less than 360 ° by the amount necessary to enable the stator to be fixed in a fixed position relative to the rotor and to allow access to the inlet and outlet windows of the stator, while the inlet window the stator is located near the edge of the rotor located in the second part of the angle α, the outlet window of the stator is located near the edge of the rotor located in the first part of the angle α, and refer the direction of the spiral groove of the rotor However, the directions of its rotation and the direction of rotation of the rotor when starting the engine are selected so that each working chamber of the multi-turn spiral channel in the suction and compression stroke of the working mixture entering the working chamber through the stator inlet window moves from one edge of the rotor near which the inlet is located the stator window, to the axis of rotation of the rotor, and in tact of the working stroke and exhaust exhaust products through the exhaust window of the stator - from the axis of rotation of the rotor to its second edge, near which CSOs located outlet stator window.

5. Machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when it is designed in the form of a steam or air motor, the said sector of the circle is located on one side of the equatorial plane of the said torus and its angle α is made in accordance with the ratio

360 ° / N <α≤180 °,

the inlet window of the stator is located near the axis of rotation of the rotor, the outlet of the stator is located on the periphery of the rotor, and the direction of the spiral groove of the rotor relative to the direction of its rotation is selected so that each working chamber of the multi-turn spiral channel in the inlet and expansion of the working fluid entering the specified the working chamber through the inlet window of the stator, moved from the axis of rotation of the rotor to its periphery with a message with the outlet window of the stator at the end of the expansion stroke.

6. Machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when it is designed in the form of a compressor or a vacuum pump, the said sector of the circle is located on one side of the equatorial plane of the said torus and its angle α is made in accordance with the ratio

360 ° / N <α≤180 °,

wherein the stator inlet window is located on the periphery of the rotor, the stator outlet window is located near the axis of rotation of the rotor, and the direction of the spiral groove of the rotor relative to the direction of rotation is selected so that each working chamber of the multi-turn spiral channel in the suction and compression stroke of the working fluid entering the working chamber through the inlet window of the stator, moved from the periphery of the rotor to the axis of its rotation with a message with the outlet window of the stator at the end of the compression stroke.