RU2397326C1

RU2397326C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2397326C1
Application number: RU2009113120/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Галкин (RU); Александр Николаевич Галкин; Николай Иванович Галкин (RU); Николай Иванович Галкин; Наталья Николаевна Непомилуева (RU); Наталья Николаевна Непомилуева
Original assignee: Александр Николаевич Галкин
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2010-08-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: rotary machine comprises hollow housing accommodating rotor with vanes arranged off-center therein. Housing generatrix runs along conchoids. Vanes are articulated with crankshaft mounted inside the housing. Disk-like rotor has mutually perpendicular guides accommodating said vanes. Vanes are fitted on connecting rod journals, rotational axes of the vanes being located on conchoids generatrix. Rotor rotational axis is located at the point of conchoids circle generatrix pole that is crossed by axis of symmetry of the vanes. Every pair of vanes is furnished with sealing plates and bans springs fitted on vanes ends.

EFFECT: simplified design, improved operating performances and higher reliability.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к объемным роторно-поршневым машинам и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания, компрессора или насоса.The invention relates to volumetric rotary piston machines and can be used as an internal combustion engine, compressor or pump.

Известен роторный двигатель, содержащий корпус с цилиндрической расточкой, соосно установленное в нем в опорах вращения цилиндрическое статорное кольцо и эксцентрично установленный ротор с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них разделительными пластинами, имеющими возможность радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер (см. описание изобретения к патенту №2099556 Российской Федерации, МПК F01C 1/39, опубл. 20.12.97).A rotary engine is known, comprising a housing with a cylindrical bore, a cylindrical stator ring coaxially mounted in it in rotation bearings and an eccentrically mounted rotor with diametrically profiled grooves and dividing plates placed in them, with the possibility of radial movement in the rotor grooves and the formation of working chambers in the stator ring ( see the description of the invention to patent No. 2099556 of the Russian Federation, IPC F01C 1/39, publ. 20.12.97).

Низкая надежность работы указанного двигателя обусловленаThe low reliability of this engine is due to

- резким повышением давления в момент вспышки рабочей смеси в такте «рабочий ход», приводящим к заклиниванию лопаток;- a sharp increase in pressure at the time of the outbreak of the working mixture in the "stroke", leading to jamming of the blades;

- недостаточным уплотнением между плоскими поверхностями наружного кольца и плоскими поверхностями концов лопаток, приводящим к прорыву газов;- insufficient sealing between the flat surfaces of the outer ring and the flat surfaces of the ends of the blades, leading to a breakthrough of gases;

- большой динамической неуровновешанностью работы двигателя за счет выступающих концов лопаток от центра вращения при их большой массе.- large dynamic imbalance of the engine due to the protruding ends of the blades from the center of rotation with their large mass.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является роторная машина, содержащая полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса полый ротор с диаметрально расположенными сквозными пазами и размещенные в них лопатки, коленчатый вал силового механизма, снабженный дополнительными коленчатыми валами, установленными с возможностью вращения, кривошипы которых параллельны, направлены в одну сторону и связаны кинематически с отверстиями в лопатке, при этом коленчатые валы установлены соосно с полостью корпуса внутренним барабаном с торцевыми стенками, в которых выполнены отверстия, расположенные попарно-симметрично относительно оси барабана, дополнительно содержит синхронизирующий механизм, включающий зубчатые колеса, установленные на опорных шейках коленчатых валов и кинематически связанные с центральным зубчатым колесом, неподвижно установленным на корпусе (см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1518550 А1, МПК F01C 1/00, F02B 53/00, опубл. 30.10.1989 г.). Недостатками известной роторной машины являются:Closest to the claimed technical solution is a rotary machine containing a hollow body, the generatrix of which is made according to the conchoid, a hollow rotor eccentrically installed in the body cavity with diametrically located through grooves and blades placed in them, the crankshaft of the power mechanism equipped with additional crankshafts installed with the possibility of rotation, the cranks of which are parallel, directed in one direction and kinematically connected with the holes in the blade, while the crankshafts of the mouth coaxially aligned with the body cavity by an internal drum with end walls, in which holes are arranged, arranged pairwise-symmetrically with respect to the axis of the drum, further comprises a synchronizing mechanism including gears mounted on the support necks of the crankshafts and kinematically connected with the central gear wheel fixedly mounted on case (see the description of the invention to the copyright certificate SU 1518550 A1, IPC F01C 1/00, F02B 53/00, publ. 10/30/1989). The disadvantages of the known rotary machine are:

- низкая надежность работы, обусловленная наличием пульсирующих динамических нагрузок при высоких оборотах, приводящих к износу шестерен синхронизирующего механизма;- low reliability due to the presence of pulsating dynamic loads at high speeds, leading to wear of the gears of the synchronizing mechanism;

- сложная конструкция, обусловленная наличием дополнительных коленчатых валов и барабана, в котором расположены эти коленчатые валы, на шейках которых установлены лопатки, а также наличием синхронизирующего механизма, установленного на внутреннем барабане с торцевыми стенками.- a complex structure due to the presence of additional crankshafts and a drum in which these crankshafts are located, on the necks of which blades are installed, as well as the presence of a synchronizing mechanism mounted on the inner drum with end walls.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции, улучшение эксплутационных характеристик и повышение надежности работы.The technical result of the claimed invention is to simplify the design, improve operational characteristics and increase reliability.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторной машине, содержащей полый корпус, образующая которого выполнена по конхоиде, эксцентрично установленный в полости корпуса ротор, лопатки, кинематически связанные с установленным в корпусе внутри коленчатым валом, ротор выполнен в виде диска, во взаимно перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, оси вращения которых расположены на образующей конхоиды, а ось вращения ротора расположена в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, при этом каждая пара лопаток снабжена уплотнительными пластинами и ленточными пружинами, установленными на концах лопаток.The essence of the technical solution lies in the fact that in a rotary machine containing a hollow body, the generatrix of which is made according to the conchoid, the rotor is eccentrically mounted in the body cavity, the blades kinematically connected with the crankshaft installed in the body inside the rotor are made in the form of a disk, mutually perpendicular whose guides are blades mounted on the crank necks of the crankshaft, the axis of rotation of which are located on the generatrix of the conchoid, and the axis of rotation of the rotor is located at a point the circumference of the conchoid, through which simultaneously the axis of symmetry of the blades pass, with each pair of blades equipped with sealing plates and tape springs mounted on the ends of the blades.

Выполнение ротора в виде диска, во взаимно-перпендикулярных направляющих которого расположены лопатки, установленные на мотылевых шейках коленчатого вала, исключает установку дополнительных коленчатых валов и синхронизирующего механизма, обеспечивая тем самым упрощение конструкции и повышение надежности работы роторной машины.The execution of the rotor in the form of a disk, in the mutually perpendicular guides of which there are blades mounted on the crank neck of the crankshaft, eliminates the installation of additional crankshafts and a synchronizing mechanism, thereby simplifying the design and increasing the reliability of the rotor machine.

Расположение осей вращения мотылевых шеек на образующей конхоиды обеспечивает вращение и продольное перемещение лопаток вдоль направляющих ротора, в результате чего концы лопаток перемещаются по конхоиде, что обеспечивает термодинамические такты сжатия и расширения, упрощает конструкцию и повышает надежность в работе.The location of the axis of rotation of the crank necks on the generatrix of the conchoid provides rotation and longitudinal movement of the blades along the guides of the rotor, as a result of which the ends of the blades move along the conchoid, which provides thermodynamic compression and expansion strokes, simplifies the design and increases operational reliability.

При расположении оси вращения ротора в точке полюс образующей окружности конхоиды, через которую одновременно проходят оси симметрии лопаток, происходит совпадение ее с центром окружности ротора, что обеспечивает динамическую уравновешенность работы роторной машины, выполняя при этом роль маховика, сглаживающего неравномерность крутящего момента роторной машины.When the axis of rotation of the rotor is located at the point of the pole forming the circumference of the conchoid, through which the axis of symmetry of the blades pass simultaneously, it coincides with the center of the circumference of the rotor, which ensures dynamic balance of the rotor machine, while playing the role of a flywheel that smooths out the uneven torque of the rotor machine.

Снабжение каждой лопатки уплотнительной пластиной и ленточной пружиной, установленных на концах лопаток, обеспечивает контактное уплотнение между лопатками и рабочей поверхностью корпуса, снижает утечку газов через зазоры, повышая тем самым надежность работы машины.The supply of each blade with a sealing plate and a tape spring installed at the ends of the blades provides contact sealing between the blades and the working surface of the casing, reduces gas leakage through the gaps, thereby increasing the reliability of the machine.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана роторная машина, поперечный разрез по А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема движения лопаток.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a rotary machine, a cross section along aa in Fig.2; figure 2 is a section bB in figure 1; figure 3 is a kinematic diagram of the movement of the blades.

Роторная машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, выполненный из полой части 1, образующая которого выполнена по конхоиде, близкой по форме к окружности, и двух боковых частей 2, 3, соединенных между собой болтовыми соединениями 4, расположенными по окружности корпуса. Внутри полой части 1 корпуса эксцентрично установлен ротор 5, выполненный в виде диска и имеющий диаметрально расположенные пазы 6, 7, в которых размещены лопатки 8, 9, установленные во взаимно перпендикулярных направляющих 10, 11 на мотылевых шейках 12, 13 коленчатого вала 14, имеющего опорные шейки 15, 16. Ротор 5 закреплен на промежуточных втулках 17, 18 с каждой стороны восемью силовыми и центрирующими болтами 19. Втулки 17, 18 установлены на подшипниках 20, 21 скольжения в боковых частях 2, 3. Коленчатый вал 14 опорными шейками 15, 16 установлен в подшипниках скольжения 22, 23, смонтированных в крышках 24, 25, которые посредством болтов 26 крепятся к боковым частям 2, 3. Каждая пара лопаток 8, 9 снабжена уплотнительными пластинами 27 и ленточными пружинами 28, установленными на концах лопаток. Лопатки снабжены торцевыми уплотнениями, выполненными в виде боковых пластин 29 и пружин 30, а каждая внутренняя поверхность боковых частей 2 и 3 корпуса - уплотнениями, выполненными в виде колец с ленточными гофрированными пружинами (на чертежах не показаны).The rotary machine, made in the form of an internal combustion engine, contains a housing made of a hollow part 1, the generatrix of which is made on a conchoid, similar in shape to a circle, and two side parts 2, 3, interconnected by bolt connections 4 located around the circumference of the housing . Inside the hollow part 1 of the housing, a rotor 5 is eccentrically mounted, made in the form of a disk and having diametrically located grooves 6, 7, in which there are blades 8, 9 installed in mutually perpendicular guides 10, 11 on the crank necks 12, 13 of the crankshaft 14 having bearing journals 15, 16. The rotor 5 is mounted on the intermediate bushings 17, 18 on each side by eight power and centering bolts 19. The bushings 17, 18 are mounted on sliding bearings 20, 21 in the lateral parts 2, 3. The crankshaft 14 is supported by bearing journals 15, 16 mounted in bearings lzheniya 22, 23 mounted in the covers 24, 25 which are secured by bolts 26 to the side portions 2, 3. Each pair of vanes 8, 9 is provided with sealing plates 27 and the flat springs 28 mounted on the ends of the blades. The blades are equipped with end seals made in the form of side plates 29 and springs 30, and each inner surface of the side parts 2 and 3 of the body is equipped with seals made in the form of rings with tape corrugated springs (not shown in the drawings).

В коленчатом валу 14 выполнены отверстия 32, посредством которых производится смазка трущихся поверхностей.In the crankshaft 14, holes 32 are made, by means of which the friction surfaces are lubricated.

В полой части 1 и боковых частях 2, 3 корпуса выполнены отверстия 33 для ввода охлаждающей жидкости и отверстия 34 для выхода охлаждающей жидкости, которые используются для охлаждения роторной машины при ее работе.In the hollow part 1 and the side parts 2, 3 of the casing, openings 33 for introducing a coolant and openings 34 for exiting a coolant are made, which are used to cool the rotary machine during its operation.

В канавках ротора 5 располагаются уплотнительные пластины 35, поджимаемые гофрированными ленточными пружинами (на чертежах не показаны), а в канавках боковых частей - уплотнительные кольца 36 с ленточными гофрированными пружинами (на чертежах не показаны).In the grooves of the rotor 5 there are sealing plates 35, pressed by corrugated tape springs (not shown), and in the grooves of the side parts - O-rings 36 with tape corrugated springs (not shown).

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

Через впускные продувочные окна 37 под действием избыточного давления от вентилятора (не показан) продувочный воздух очищает от отработавших газов и заполняет рабочий объем внутренней полости. Далее воздух сжимается. В момент его сжатия через форсунку 38 впрыскивается топливо с опережением до максимального сжатия рабочей смеси от свечи зажигания 39, смесь воспламеняется и происходит такт расширения (рабочий ход), при котором давление рабочих газов, действуя на выступающие из ротора части лопаток 8, 9, создает крутящий момент, который передается на ротор 5 и заставляет его вращаться, при этом лопатки имеют сложное движение: середина лопаток перемещается по образующей окружности радиусом с центром O₁ и одновременно центры лопаток поворачивают мотылевые шейки 12, 13 коленчатого вала 14, которые, воздействуя на лопатки 8, 9, перемещают их вдоль оси с центром, совпадающим с центром О вращения ротора, расположенного в точке «Полюс» образующей окружности конхоиды, а концы лопаток перемещаются по конхоиде, копируя образующую внутренней поверхности полой части 1 корпуса (см. фиг.3). За один оборот выходного вала происходит четыре рабочих хода. Процессы сжатия и расширения сопровождаются при увеличении давления газов уменьшением рабочей высоты лопаток 8, 9, а при уменьшении давления - увеличением их высоты, поэтому нет резких изменений усилий, а вращающийся ротор 5 выполняет роль маховика, сглаживающего неравномерность крутящего момента двигателя. После открывания лопатками 8, 9 выпускных окон 40 отработавшие газы удаляются. Позиция 41 показывает поверхность соприкосновения уплотнительных колец 36 с ротором 5. Слив отработанного масла производится посредством отверстий 42.Through the inlet purge windows 37 under the influence of excess pressure from a fan (not shown), the purge air purifies the exhaust gases and fills the working volume of the internal cavity. Further, the air is compressed. At the time of its compression, fuel is injected through the nozzle 38 ahead of the maximum compression of the working mixture from the spark plug 39, the mixture ignites and an expansion stroke occurs (working stroke), at which the pressure of the working gases acting on the parts of the blades 8, 9 protruding from the rotor creates the torque that is transmitted to the rotor 5 and makes it rotate, while the blades have a complex movement: the middle of the blades moves along a circumferential circle with a radius of center O ₁ and at the same time the centers of the blades rotate the crank necks ki 12, 13 of the crankshaft 14, which, acting on the blades 8, 9, move them along the axis with a center coinciding with the center О of rotation of the rotor located at the “Pole” point of the circumference of the conchoid, and the ends of the blades move along the conchoid, copying the generatrix the inner surface of the hollow part 1 of the housing (see figure 3). For one revolution of the output shaft, four working strokes occur. The compression and expansion processes are accompanied by an increase in gas pressure, a decrease in the working height of the blades 8, 9, and when the pressure decreases, an increase in their height, therefore, there are no sharp changes in forces, and the rotating rotor 5 acts as a flywheel, smoothing out the unevenness of engine torque. After the blades 8, 9 open the exhaust windows 40, the exhaust gases are removed. Position 41 shows the contact surface of the sealing rings 36 with the rotor 5. The waste oil is drained through the holes 42.

Применение заявляемого изобретения позволит упростить конструкцию, снизить удельный вес (отношение веса к мощности в лошадиных силах), повысить надежность работы за счет хорошей динамической уравновешенности, уменьшить удельный расход топлива за счет улучшения полноты сгорания, чему способствует отсутствие остаточных газов в камере сгорания, а также за счет того, что степень расширения газов значительно выше степени сжатия, меньших механических потерь на трение и утечки газа через уплотнения при больших оборотах, уменьшить количество токсичных веществ, таких как окись углерода и окись азота, увеличить ресурс работы за счет дополнительного охлаждения концов лопаток в дополнение к охлаждению топливовоздушной смесью, продувочным воздухом.The application of the claimed invention will simplify the design, reduce the specific gravity (the ratio of weight to power in horsepower), increase the reliability due to good dynamic balance, reduce specific fuel consumption by improving the completeness of combustion, which contributes to the absence of residual gases in the combustion chamber, and due to the fact that the degree of expansion of gases is much higher than the degree of compression, lower mechanical friction losses and gas leakage through the seals at high speeds, reduce the number toxic substances, such as carbon monoxide and nitric oxide, to increase the service life due to the additional cooling of the ends of the blades in addition to cooling with an air-fuel mixture and purge air.

Claims

A rotor machine comprising a hollow body, the forming of which is made on a conchoid, an rotor eccentrically mounted in the cavity of the body, blades kinematically connected with a crankshaft installed inside the body, characterized in that the rotor is made in the form of a disk, in which there are blades perpendicular to the guides, mounted on crank necks of the crankshaft, the axis of rotation of which are located on the generatrix of the conchoid, and the axis of rotation of the rotor is located at the point of the pole of the generatrix of the circle of the conchoid, through The axes of symmetry of the blades simultaneously pass, each pair of blades being equipped with sealing plates and tape springs mounted at the ends of the blades.