RU2592361C1 - Rotary machine of volumetric type - Google Patents

Rotary machine of volumetric type Download PDF

Info

Publication number
RU2592361C1
RU2592361C1 RU2015131045/06A RU2015131045A RU2592361C1 RU 2592361 C1 RU2592361 C1 RU 2592361C1 RU 2015131045/06 A RU2015131045/06 A RU 2015131045/06A RU 2015131045 A RU2015131045 A RU 2015131045A RU 2592361 C1 RU2592361 C1 RU 2592361C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
working fluid
profile element
central body
housing
Prior art date
Application number
RU2015131045/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Васильевич Быстров
Владимир Михайлович Самсонов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" filed Critical Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority to RU2015131045/06A priority Critical patent/RU2592361C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592361C1 publication Critical patent/RU2592361C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention can be used to drive mechanical energy consumers. Rotary machine of volumetric type consists of housing 1 with profiled element 2 made in form of a protrusion, hollow wheel-divider 6 with a hole for element 2 and hollow central body 4 with feed channel and working medium discharge channel and with a longitudinal radial slot for wheel 6. Wheel 6 is installed in slot of body 4 with possibility of rotation around its longitudinal axis. Housing 1 is installed with possibility of rotation around its axis in one plane with axis of rotation of wheel 6 and kinematically connected to it. Machine is equipped with tubular shaped element 5 with feed channel and working medium discharge channel and control valves 12, 13, installed on working medium discharge channels of element 5 and body 4. Side surface of element 5 is in form of two interfaced geometrical solids of revolution. Element 5 is rigidly connected with body 4 and installed in wheel 6 with possibility of its rolling at inner surface of one solid of revolution. Surface of other solid of revolution is equidistant from axis of body 4 and technologically interfaced with element 2.
EFFECT: higher efficiency, reduced fuel consumption.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для привода потребителей механической энергии, а также в качестве составной части двигателя внутреннего сгорания с обеспечением термодинамического цикла подвода тепла к рабочему телу при постоянном объеме.The invention relates to the field of power engineering and can be used to drive consumers of mechanical energy, as well as an integral part of an internal combustion engine with a thermodynamic cycle of heat supply to the working fluid with a constant volume.

Устройство относится к классу роторных машин объемного типа, рабочим телом которого может быть как жидкое, так и газообразное вещество с повышенным давлением, например сжатый воздух, топливовоздушная смесь и др.The device belongs to the class of volumetric rotary machines, the working fluid of which can be either liquid or gaseous substances with increased pressure, for example, compressed air, air-fuel mixture, etc.

Известна роторная машина, содержащая трехсекционный корпус с размещенными в нем ротором и двумя колесами-разделителями, кинематически связанными друг с другом. Ротор размещен в средней секции корпуса, оснащен двумя лопастями, перекрывающими рабочий канал, и снабжен ограничивающими рабочий канал боковыми стенками. По крайней мере, в одной из боковых стенок на участках, прилегающих к напорным поверхностям лопастей, выполнены окна, при этом в торцевых стенках рабочей камеры выполнены ответные проемы, к которым подключены патрубки высокого давления. Колеса-разделители установлены в крайних секциях корпуса с перекрытием рабочего канала по линии соприкосновения их цилиндрических поверхностей с ротором. (Патент РФ №2135778, F01C 1/08, опубл. 27.08.1999 г. [1].)A rotary machine is known comprising a three-section housing with a rotor and two spacer wheels housed in it kinematically connected to each other. The rotor is located in the middle section of the housing, is equipped with two blades that overlap the working channel, and is equipped with side walls bounding the working channel. At least in one of the side walls in the areas adjacent to the pressure surfaces of the blades, windows are made, while in the end walls of the working chamber, reciprocal openings are made to which high pressure pipes are connected. The separator wheels are installed in the extreme sections of the housing with the working channel overlapping along the line of contact of their cylindrical surfaces with the rotor. (RF patent No. 2135778, F01C 1/08, publ. 08.27.1999, [1].)

Недостатком известного устройства является то, что подвод/отвод рабочего тела высокого давления осуществляется через окна, выполненные в боковых стенках ротора, и ответные проемы в торцевых стенках рабочей камеры, имеющие очень ограниченный размер, что приводит к более высоким гидравлическим потерям и увеличению времени при заполнении (выталкивании) газообразного рабочего тела при прочих равных условиях. К тому же наличие на роторе ограничивающих боковых стенок значительно увеличивает площади подвижных и неподвижных элементов конструкции, что, в свою очередь, приводит к увеличению перетекания рабочего тела из объемов с более высоким давлением в объемы с более низким давлением и увеличению потерь на трение указанных поверхностей, снижая тем самым эффективность устройства и технологичность его конструкции. В известном устройстве в передаче механической энергии от рабочего тела при расширении участвует только один ротор, что потребует увеличения габаритно-массовых характеристик устройства.A disadvantage of the known device is that the inlet / outlet of the high-pressure working fluid is carried out through windows made in the side walls of the rotor, and the response openings in the end walls of the working chamber having a very limited size, which leads to higher hydraulic losses and an increase in filling time (pushing) a gaseous working fluid ceteris paribus. In addition, the presence of bounding side walls on the rotor significantly increases the area of movable and fixed structural elements, which, in turn, leads to an increase in the flow of the working fluid from volumes with higher pressure into volumes with lower pressure and an increase in friction losses of these surfaces, thereby reducing the efficiency of the device and the manufacturability of its design. In the known device, only one rotor is involved in the transfer of mechanical energy from the working fluid during expansion, which will require an increase in the overall mass characteristics of the device.

Также известен газороторный привод, включающий корпус, в расточках которого, образованных пересекающимися цилиндрическими поверхностями, размещены два ротора, установленные относительно цилиндрических стенок корпуса с образованием кольцевых каналов, связанных между собой. Устройство также содержит каналы подвода и канал отвода рабочего тела, выполненные в виде патрубков. Каждый ротор оснащен выемкой и профилированной лопастью, выполненной ответной выемке другого ротора и с возможностью перекрытия соответствующего кольцевого канала для разделения его на зону расширения и зону выхлопа рабочего тела. (Патент США №3.472.445 А, 14.10.1969, F01C 1/12 [2].)A gas-rotor drive is also known, including a housing, in the bores of which are formed by intersecting cylindrical surfaces, two rotors are placed, mounted relative to the cylindrical walls of the housing with the formation of annular channels interconnected. The device also contains supply channels and a channel for removing the working fluid, made in the form of pipes. Each rotor is equipped with a recess and a profiled blade made reciprocal recess of the other rotor and with the possibility of overlapping the corresponding annular channel to separate it into the expansion zone and the exhaust zone of the working fluid. (US Patent No. 3,472,445 A, 10/14/1969, F01C 1/12 [2].)

Недостатком известной конструкции является то, что подвод/отвод рабочего тела высокого давления, так же как и в предыдущем решении, осуществляется через окна ограниченных размеров, что приводит к гидравлическим потерям и увеличивает время при заполнении (выталкивании) газообразного рабочего тела. А также в устройстве не предусмотрено использование внутренних объемов роторов для размещения рабочего тела, что ухудшает габаритно-массовые, мощностные и расходные характеристики устройства в целом.A disadvantage of the known design is that the inlet / outlet of the high pressure working fluid, as in the previous solution, is carried out through windows of limited dimensions, which leads to hydraulic losses and increases the time when filling (pushing) the gaseous working fluid. Also, the device does not provide for the use of internal volumes of rotors to accommodate the working fluid, which affects the overall mass, power and expenditure characteristics of the device as a whole.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является роторная машина объемного типа, содержащая корпус с технологическим отверстием и профильным элементом, выполненным в виде выступа на внутренней стенке корпуса, установленные внутри полости корпуса пустотелое колесо-разделитель с отверстием под профильный элемент и пустотелое центральное тело с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела и с продольным радиальным пазом под колесо-разделитель, колесо-разделитель установлено в продольном радиальном пазу центрального тела с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, машина содержит средство регулирования подвода и отвода рабочего тела, а корпус установлен с возможностью вращения вокруг своей оси в одной плоскости с осью вращения колеса-разделителя и кинематически связан с ним. (Патент РФ №2391514 C1, F01C 1/00, опубл. 10.06.2010 г. [3].)The closest in technical essence to the claimed device is a volumetric rotary machine containing a housing with a technological hole and a profile element made in the form of a protrusion on the inner wall of the housing, a hollow spacer wheel with a hole for the profile element and a hollow central body with a supply channel and a channel for removing the working fluid and with a longitudinal radial groove under the wheel-separator, the wheel-separator is installed in the longitudinal radial groove of prices the swivel body with the possibility of rotation around its longitudinal axis, the machine contains means for regulating the inlet and outlet of the working fluid, and the body is mounted to rotate around its axis in the same plane with the axis of rotation of the wheel-separator and kinematically connected with it. (RF patent No. 2391514 C1, F01C 1/00, published on June 10, 2010 [3].)

Недостатками данной конструкции являются:The disadvantages of this design are:

- наличие сопряженных поверхностей сложного профиля колеса-разделителя, что требует применения специального технологического оборудования для обеспечения их высокоточного изготовления и дополнительных затрат для поддержания необходимой герметичности в процессе их эксплуатации;- the presence of mating surfaces of a complex profile of the wheel-separator, which requires the use of special technological equipment to ensure their high-precision manufacturing and additional costs to maintain the necessary tightness during their operation;

- существенная зависимость используемого полезного объема кольцевого рабочего канала устройства от площади продольного проема (щели) на поверхности колеса-разделителя и размеров перегородки корпуса;- a significant dependence of the usable useful volume of the annular working channel of the device on the area of the longitudinal opening (gap) on the surface of the wheel-separator and the size of the partition walls;

- образование отрицательного крутящего момента, создаваемого колесом-разделителем из-за разности давления рабочего тела, действующего на части поверхности сложного профиля слева и справа перегородки (зоны расширения и выхлопа) при их сопряжении.- the formation of negative torque created by the separator wheel due to the difference in pressure of the working fluid acting on part of the surface of the complex profile of the left and right partitions (expansion and exhaust zones) when they are mated.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности использования роторной машины, а также улучшение технологичности и универсальности устройства при изготовлении и применении.An object of the invention is to increase the efficiency of using a rotary machine, as well as improving the manufacturability and versatility of the device in the manufacture and use.

Ожидаемый технический результат устройства заключается в повышении герметичности соединений элементов, повышении кпд и снижении затрат при изготовлении и применении.The expected technical result of the device is to increase the tightness of the connections of elements, increase efficiency and reduce costs in the manufacture and use.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известной роторной машине объемного типа, содержащей корпус с технологическим отверстием и профильным элементом, выполненным в виде выступа на внутренней стенке корпуса, установленные внутри полости корпуса пустотелое колесо-разделитель с отверстием под профильный элемент и пустотелое центральное тело с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела и с продольным радиальным пазом под колесо-разделитель, колесо-разделитель установлено в продольном радиальном пазу центрального тела с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, машина содержит средство регулирования подвода и отвода рабочего тела, а ее корпус установлен с возможностью вращения вокруг своей оси в одной плоскости с осью вращения колеса-разделителя и кинематически связан с ним, согласно изобретению машина снабжена трубчатым профильным элементом с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела, боковая поверхность трубчатого элемента выполнена в виде двух сопряженных геометрических тел вращения, одно из которых равно диаметру внутренней поверхности колеса-разделителя, а другое равно диаметру наружной поверхности центрального тела, трубчатый профильный элемент жестко связан с центральным телом и установлен в колесо-разделитель с возможностью обкатывания колеса по внутренней поверхности одного тела вращения, а поверхность другого тела вращения в элементе равноудалена от оси центрального тела и технологически сопряжена с профильным элементом корпуса, при этом средство регулирования подвода и отвода рабочего тела выполнено в виде регулирующих клапанов, установленных на каналах отвода рабочего тела из трубчатого профильного элемента и из центрального тела.The expected technical result is achieved by the fact that in the known rotary machine of volume type, comprising a housing with a technological hole and a profile element made in the form of a protrusion on the inner wall of the housing, a hollow spacer wheel with an opening for the profile element and a hollow central body with a supply channel and a channel for withdrawing the working fluid and with a longitudinal radial groove under the spacer wheel, the spacer wheel is installed in the longitudinal radial groove of the central ate with the possibility of rotation around its longitudinal axis, the machine contains means for regulating the supply and removal of the working fluid, and its body is mounted for rotation around its axis in the same plane with the axis of rotation of the wheel-separator and kinematically connected with it, according to the invention, the machine is equipped with a tubular profile an element with a supply channel and a channel for removing the working fluid, the lateral surface of the tubular element is made in the form of two conjugate geometric bodies of revolution, one of which is equal to the diameter of the inner the surface of the separator wheel, and the other is equal to the diameter of the outer surface of the central body, the tubular profile element is rigidly connected to the central body and installed in the separator wheel with the possibility of rolling the wheel along the inner surface of one body of revolution, and the surface of the other body of revolution in the element is equidistant from the axis of the central body and technologically associated with a profile element of the body, while the means for regulating the supply and removal of the working fluid is made in the form of control valves installed on and channels for removing the working fluid from the tubular profile element and from the central body.

Повышенная эффективность работы, улучшенная технологичность и универсальность роторной машины по сравнению с прототипом достигаются за счет:Increased work efficiency, improved manufacturability and versatility of the rotary machine compared to the prototype are achieved by:

- увеличения эффективного объема кольцевого рабочего канала в результате продолженного такта расширения рабочего тела во внутренней полости колеса-разделителя (благодаря возможности размещения части центрального тела и перегородки корпуса при сопряжении их поверхностей во внутренней полости колеса-разделителя);- increase in the effective volume of the annular working channel as a result of the continued stroke of the expansion of the working fluid in the inner cavity of the separator wheel (due to the possibility of placing part of the central body and the partition of the housing when their surfaces are mated in the inner cavity of the separator wheel);

- снижения потерь энергии рабочего тела в результате обеспечение повышения герметичности рабочих объемов устройства путем исключения площадей сопрягаемых поверхностей технологически сложного профиля и дополнительных технологий уплотнения;- reduction of energy losses of the working fluid as a result of improving the tightness of the working volumes of the device by eliminating the areas of mating surfaces of a technologically complex profile and additional sealing technologies;

- снижения потерь энергии рабочего тела в результате повышения герметичности объемов устройства путем исключения площадей сопрягаемых поверхностей технологически сложного профиля и отрицательного крутящего момента, создаваемого колесом-разделителем;- reducing energy losses of the working fluid as a result of increasing the tightness of the device’s volumes by eliminating the areas of the mating surfaces of the technologically complex profile and the negative torque created by the spacer wheel;

- возможности применения освоенных технологий активных средств уплотнения сопрягаемых поверхностей, что позволит использовать устройство в качестве нагнетателей как для сжатия (нагнетания), так и для расширения рабочего тела с улучшенными эксплуатационными характеристиками.- the possibility of using the developed technologies of active means of sealing mating surfaces, which will allow using the device as blowers both for compression (pressure) and for expanding the working fluid with improved performance characteristics.

При этом конструктивное исполнение колеса-разделителя устройства позволяет:Moreover, the design of the wheel-separator device allows you to:

- исключить контакт поверхностей колеса-разделителя и перегородки, а также локализовать технологическое место сопряжения поверхностей, требующих уплотнения рабочего объема на торцевой части перегородки с центральным телом;- to exclude contact of the surfaces of the wheel-separator and the baffle, as well as to localize the technological place for mating surfaces that require compaction of the working volume on the end of the baffle with the central body;

- разместить внутри колеса-разделителя части центрального тела с перегородкой, чем обеспечивается повышение эффективного объема кольцевого рабочего канала и удлинение рабочего такта и совершение большей полезной работы устройством (т.е. увеличивается радиальный угол перемещения перегородки для продолжения такта расширения или сжатия);- to place inside the separator wheel parts of the central body with a partition, which ensures an increase in the effective volume of the annular working channel and an extension of the working cycle and more useful work by the device (i.e., the radial angle of movement of the partition increases to continue the expansion or compression cycle);

- уменьшить отрицательный крутящий момент, создаваемый колесом-разделителем вследствие отсутствия поверхности сложного профиля, сопряженной с перегородкой.- reduce the negative torque created by the spacer wheel due to the absence of a complex profile surface associated with the partition.

Внутренняя поверхность корпуса, внутренние и внешние поверхности частей центрального тела и колеса-разделителя в поперечном сечении имеют правильные формы тел вращения.The inner surface of the housing, the inner and outer surfaces of the parts of the Central body and the wheel-separator in cross section have the correct shape of the bodies of revolution.

Колесо-разделитель может быть выполнено с диаметром, большим высоты кольцевого рабочего канала, при этом некоторая часть поверхностей частей центрального тела будет иметь форму, ответную сопряженным поверхностям колеса-разделителя. Размещение одной из частей центрального тела внутри колеса-разделителя обеспечивает ее сопряжение с радиальной перегородкой после захода последней в разрыв колеса-разделителя при взаимном перемещении конструктивных элементов устройства в процессе работы (вращения).The wheel-separator can be made with a diameter greater than the height of the annular working channel, while some of the surfaces of the parts of the central body will have a shape corresponding to the mating surfaces of the wheel-separator. Placing one of the parts of the central body inside the separator wheel ensures its interfacing with the radial partition after the latter enters the gap of the separator wheel during mutual displacement of the structural elements of the device during operation (rotation).

Уплотнение соединений сопрягаемых поверхностей конструктивных элементов устройства с геометрически правильными формами обеспечивается возможностью применения пассивных способов герметичности и относительного вращения поверхностей с одинаковой линейной скоростью качения по месту их контакта.The sealing of the joints of the mating surfaces of the structural elements of the device with geometrically regular shapes is ensured by the possibility of using passive methods of tightness and relative rotation of the surfaces with the same linear rolling speed at their contact point.

Сопрягаемыми в заявленном изобретении являются следующие поверхности конструктивных элементов устройства в месте их контакта:Mated in the claimed invention are the following surfaces of the structural elements of the device at their contact point:

- внутренняя поверхность корпуса с наружной частью колеса-разделителя;- the inner surface of the housing with the outer part of the wheel-separator;

- торцевая часть радиальной перегородки с наружными частями центрального тела;- the end part of the radial septum with the outer parts of the central body;

- наружная и внутренняя поверхности колеса-разделителя с соответствующими внутренними и наружными поверхностями частей центрального тела.- the outer and inner surfaces of the separator wheel with the corresponding inner and outer surfaces of the parts of the central body.

Между сопрягаемыми поверхностями в процессе работы заявленного устройства обеспечиваются минимальные зазоры для исключения перетекания рабочего тела из объемов с более высоким давлением в объемы с более низким давлением, с приемлемыми потерями на трение указанных поверхностей. Минимизация зазоров достигается за счет изготовления сопрягаемых поверхностей конструктивных элементов устройства с высокими требованиями к их герметичности в месте контакта и обеспечивается точностью их параметров по углу, форме и шероховатости поверхности. При этом используются традиционные методы обработки с использованием прецизионного и специального контрольного оборудования, обслуживаемого высококвалифицированными специалистами, что позволяет минимизировать утечки рабочего тела в зоне контакта сопряженных поверхностей конструктивных элементов устройства.Between the mating surfaces during operation of the claimed device, minimum clearances are provided to prevent overflow of the working fluid from volumes with higher pressure into volumes with lower pressure, with acceptable friction losses of these surfaces. Minimization of gaps is achieved through the manufacture of mating surfaces of the structural elements of the device with high requirements for their tightness at the point of contact and is ensured by the accuracy of their parameters in terms of angle, shape and surface roughness. In this case, traditional processing methods are used using precision and special control equipment serviced by highly qualified specialists, which minimizes the leakage of the working fluid in the contact zone of the mating surfaces of the structural elements of the device.

Заявленное изобретение относится к роторным машинам объемного типа, которые обладают свойствами обратимости и могут применяться как в качестве нагнетателей, так и в качестве расширителей для изменения давления и перемещения рабочего тела (газообразного, жидкого или газожидкого и др.).The claimed invention relates to rotary machines of volume type, which have reversible properties and can be used both as blowers and as expanders to change the pressure and movement of the working fluid (gaseous, liquid or gas-liquid, etc.).

В случае подвода тепла к сжатому рабочему телу при постоянном объеме и обеспечении последующего расширения рабочих газов заявленное устройство может представлять собой привод потребителей механической энергии, в том числе элементов двигателя внутреннего сгорания.In the case of heat supply to the compressed working fluid with a constant volume and ensuring the subsequent expansion of the working gases, the claimed device can be a drive of consumers of mechanical energy, including elements of an internal combustion engine.

Корпус как составная часть ротора приводимых машин и механизмов в продольном сечении с его внутренней стенкой, поверхности частей центрального тела и колеса-разделителя могут иметь форму (профили) различных тел вращения (цилиндрическую, конусообразную или другого более сложного профиля). В поперечном сечении поверхности указанных конструктивных элементов устройства имеют форму окружностей.The case as an integral part of the rotor of driven machines and mechanisms in longitudinal section with its inner wall, the surfaces of the parts of the central body and the wheel-separator may have the form (profiles) of various bodies of revolution (cylindrical, cone-shaped or other more complex profile). In a cross section of the surface of these structural elements of the device have the shape of circles.

При использовании устройства в качестве роторного двигателя внутреннего сгорания его кольцевой рабочий канал и внутренние объемы центрального тела могут быть поделены (колесом-разделителем, радиальной перегородкой корпуса и другими элементами) на зоны наполнения, сжатия, подвода тепла, расширения и зону выхлопа рабочего тела.When using the device as a rotary internal combustion engine, its annular working channel and internal volumes of the central body can be divided (by a separator wheel, a radial partition of the housing and other elements) into zones of filling, compression, heat supply, expansion, and the exhaust zone of the working fluid.

Выполнение частей центрального тела и колеса-разделителя полыми позволяет использовать их внутренние полости в качестве дополнительных рабочих каналов, что, в свою очередь, позволяет увеличить общий объем подвода тепла и расширения устройства, что соответственно обеспечивает повышение эффективности работы роторной машины.The execution of the parts of the central body and the wheel-separator hollow allows you to use their internal cavities as additional working channels, which, in turn, allows you to increase the total volume of heat input and expansion of the device, which accordingly provides increased efficiency of the rotary machine.

Радиальная перегородка (радиальный выступ, профилированный элемент) может быть выполнена профилированной за одно целое с корпусом посредством литья или соединения с внутренней поверхностью стенки корпуса, например, при помощи сварки, при этом устанавливают ее с обеспечением минимального зазора между торцевой частью радиальной перегородки и наружной поверхностью частей центрального тела.The radial partition (radial protrusion, profiled element) can be profiled integrally with the housing by molding or connecting to the inner surface of the housing wall, for example, by welding, while installing it with a minimum clearance between the end part of the radial partition and the outer surface parts of the central body.

Подвод рабочего тела в роторную машину и его отвод осуществляют через каналы для входа и канал для выхода рабочего тела, выполненные, например, в виде входного и выходного патрубков соответственно.The supply of the working fluid to the rotary machine and its removal is carried out through the channels for entry and the channel for the exit of the working fluid, made, for example, in the form of inlet and outlet pipes, respectively.

Изобретение поясняется схематичными чертежами (представлены с учетом вращения ротора по часовой стрелке).The invention is illustrated by schematic drawings (presented taking into account the rotation of the rotor clockwise).

На фиг. 1 - поперечный разрез роторной машины в исходном положении конструктивных частей устройства - в момент завершения такта расширения и начала выхлопа рабочего тела и начала заполнения рабочего объема внутри колеса-разделителя новой порцией рабочего тела (момент максимального объема зоны расширения).In FIG. 1 - transverse section of a rotary machine in the initial position of the structural parts of the device - at the time of completion of the expansion stroke and the beginning of the exhaust of the working fluid and the beginning of filling the working volume inside the spacer wheel with a new portion of the working fluid (the moment of the maximum volume of the expansion zone).

На фиг. 2 - поперечный разрез роторной машины в промежуточном положении конструктивных элементов устройства, при котором завершен этап заполнения объемов зоны расширения рабочим телом.In FIG. 2 is a cross-sectional view of a rotary machine in an intermediate position of the structural elements of the device, at which the stage of filling the volumes of the expansion zone with a working fluid is completed.

Роторная машина содержит корпус 1 с профильным элементом 2, выполненным в виде выступа на внутренней стенке 3 корпуса 1. Во внутренней полости корпуса 1 размещены пустотелое центральное тело 4 с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела и с продольным радиальным пазом под колесо-разделитель 6 с отверстием 9 под профильный элемент. Машина содержит трубчатый профильный элемент 5 с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела, боковая поверхность трубчатого элемента 5 выполнена в виде двух сопряженных геометрических тел вращения, одно из которых равно диаметру внутренней поверхности колеса-разделителя 6, а другое равно диаметру наружной поверхности центрального тела 4. Трубчатый профильный элемент 5 жестко связан с центральным телом 4 и установлен в колесо-разделитель 6 с возможностью обкатывания колеса по внутренней поверхности одного тела вращения, а поверхность другого тела вращения в элементе равноудалена от оси центрального тела и технологически сопряжена с профильным элементом 2 корпуса 1. Средство регулирования подвода и отвода рабочего тела выполнено в виде регулирующих клапанов 12, 13, установленных на каналах отвода рабочего тела из камеры 10 трубчатого профильного элемента 5 и из камеры 11 центрального тела 4.The rotary machine contains a housing 1 with a profile element 2 made in the form of a protrusion on the inner wall 3 of the housing 1. In the inner cavity of the housing 1 there is a hollow central body 4 with a supply channel and a channel for removing the working fluid and with a longitudinal radial groove under the wheel-separator 6 s hole 9 under the profile element. The machine contains a tubular profile element 5 with a supply channel and a channel for removing the working fluid, the side surface of the tubular element 5 is made in the form of two conjugate geometric bodies of revolution, one of which is equal to the diameter of the inner surface of the spacer wheel 6, and the other is equal to the diameter of the outer surface of the central body 4 The tubular profile element 5 is rigidly connected with the Central body 4 and is installed in the separator wheel 6 with the possibility of rolling the wheels on the inner surface of one body of revolution, and the surface another rotation body in the element is equidistant from the axis of the central body and technologically interfaced with the profile element 2 of the housing 1. The means for regulating the supply and removal of the working fluid are made in the form of control valves 12, 13 mounted on the channels for removing the working fluid from the chamber 10 of the tubular profile element 5 and from the chamber 11 of the central body 4.

Центральное тело 4, колесо-разделитель 6 и корпус 1 образуют зону 7 выхлопа рабочего тела и зону 8 расширения рабочего тела, разделяемых профильным элементом 2. Зона 7 выхлопа (фиг. 2) расположена справа относительно профильного элемента 2 корпуса 1, а зона 8 расширения - слева (при вращении ротора по часовой стрелке). Взаимное размещение во внутренней полости колеса-разделителя 6 трубчатого профильного элемента 5 центрального тела 4 и профильного элемента 2 (см. фиг. 1) обеспечивает пересечение их траекторий и продолжение объема кольцевого рабочего канала устройства при вращении ротора до достижения последним вертикального положения.The Central body 4, the separator wheel 6 and the housing 1 form the exhaust zone 7 of the working fluid and the expansion zone 8 of the working fluid separated by the profile element 2. The exhaust zone 7 (Fig. 2) is located on the right relative to the profile element 2 of the housing 1, and the expansion zone 8 - on the left (when rotating the rotor clockwise). Mutual placement in the inner cavity of the separator wheel 6 of the tubular profile element 5 of the central body 4 and the profile element 2 (see Fig. 1) ensures the intersection of their trajectories and the continuation of the volume of the annular working channel of the device when the rotor rotates until the latter reaches the vertical position.

Колесо-разделитель 6 выполнено с возможностью вращения и обеспечения ввода-вывода профильного элемента 2 и соединения кольцевого рабочего канала устройства с внутренней полостью колеса-разделителя 6, разделяемого профильным элементом 2 на объем «а» слева от профильного элемента 2 (см. фиг. 1) и объем «в» справа от профильного элемента 2.The separator wheel 6 is configured to rotate and provide input-output of the profile element 2 and the connection of the annular working channel of the device with the internal cavity of the separator wheel 6, divided by the profile element 2 into the volume "a" to the left of the profile element 2 (see Fig. 1 ) and the volume “c” to the right of the profile element 2.

Зона 8 является рабочей камерой устройства и сформирована из части объема внутренней полости корпуса 1 и объема «а» колеса-разделителя 6, соединенных через разрыв (щель) 9 колеса-разделителя 6.Zone 8 is the working chamber of the device and is formed from a part of the volume of the internal cavity of the housing 1 and the volume "a" of the wheel-separator 6, connected through a gap (slot) 9 of the wheel-separator 6.

Профильный элемент 2 установлен с обеспечением минимального зазора между его торцевой частью и поверхностями наружных стенок частей центрального тела 4 и трубчатого профильного элемента 5. Для обеспечения синхронизации вращения корпус 1 кинематически соединен с колесом-разделителем 6.The profile element 2 is installed with a minimum gap between its end part and the surfaces of the outer walls of the parts of the central body 4 and the tubular profile element 5. To ensure synchronization of rotation, the housing 1 is kinematically connected to the spacer wheel 6.

Рабочие объемы элементов ограничены торцевыми стенками устройства.The working volumes of the elements are limited by the end walls of the device.

Устройство имеет канал 15 отвода рабочего тела, сообщенный с зоной выхлопа 8 кольцевого рабочего канала.The device has a channel 15 of the removal of the working fluid in communication with the exhaust zone 8 of the annular working channel.

Для повышения эффективности устройства, уравновешения действия центробежных и газовых сил, действующих на элементы конструкции, и увеличения крутящего момента роторная машина может быть оснащена несколькими профильными элементами 2 и/или колесами-разделителями 6, а также может конструктивно включать несколько секций, установленных относительно друг друга под равными углами и включающих все вышеуказанные конструктивные элементы (в каждой из секций).To increase the efficiency of the device, to balance the action of centrifugal and gas forces acting on the structural elements, and to increase the torque, the rotor machine can be equipped with several profile elements 2 and / or spacer wheels 6, and can also constructively include several sections mounted relative to each other at equal angles and including all of the above structural elements (in each of the sections).

Входной и выходной патрубки, система топливоподачи и зажигания на чертежах условно не показаны.The inlet and outlet nozzles, the fuel supply and ignition system are not conventionally shown in the drawings.

Роторная машина объемного типа работает следующим образом.The volumetric rotary machine operates as follows.

Первый этап такта расширения (исходное положение показано на фиг. 1). Первоначальное формирование зоны 8 расширения начинается с заполнения внутреннего объема «а» колеса-разделителя 6 (слева от профильного элемента 2) новой порцией рабочего тела и его соединением с внутренней полостью 10 трубчатого профильного элемента 5 центрального тела через открытое положение клапана 12.The first stage of the expansion stroke (the initial position is shown in Fig. 1). The initial formation of the expansion zone 8 begins with filling the internal volume “a” of the spacer wheel 6 (to the left of the profile element 2) with a new portion of the working fluid and its connection with the inner cavity 10 of the tubular profile element 5 of the central body through the open position of the valve 12.

После прохода радиальной перегородкой 2 корпуса 1 верхнего вертикального положения происходит выпуск отработанных газов предыдущего цикла из внутреннего объема «в» колеса-разделителя 6 (справа от профильного элемента 2) через разрыв 9 и канал 15.After the radial baffle 2 of the housing 1 passes through the upper vertical position, the exhaust gases of the previous cycle are released from the internal volume “into” the separator wheel 6 (to the right of the profile element 2) through the gap 9 and channel 15.

В этом положении элементов устройства объем зоны 7 выхлопа, заключенный в кольцевом рабочем канале справа от профильного элемента 2 и слева от колеса-разделителя 6, достигает максимального значения, а объем зоны 8 расширения, заключенный внутри колеса-разделителя 6 слева от профильного элемента 2, имеет свое минимальное значение.In this position of the device elements, the volume of the exhaust zone 7 enclosed in the annular working channel to the right of the profile element 2 and to the left of the spacer wheel 6 reaches its maximum value, and the volume of the expansion zone 8 enclosed inside the spacer wheel 6 to the left of the profile element 2, has its minimum value.

Процесс совершения полезной работы устройством начинается с заполнения внутреннего объема колеса-разделителя 6 новой порцией рабочего тела. При этом давление рабочего тела слева от профильного элемента 2 больше по сравнению с давлением рабочего тела 6 справа от профильного элемента 2.The process of performing useful work by the device begins with filling the internal volume of the spacer wheel 6 with a new portion of the working fluid. The pressure of the working fluid to the left of the profile element 2 is greater compared to the pressure of the working fluid 6 to the right of the profile element 2.

Начинается соединение кольцевого рабочего канала (справа от колеса-разделителя 6 и профильного элемента 2) с каналом 15 для выпуска из его объема расширенного рабочего тела.The connection of the annular working channel (to the right of the separator wheel 6 and the profile element 2) with the channel 15 begins to release the expanded working fluid from its volume.

Практически с этого момента начинается:Almost from this moment begins:

- первый этап заполнения объема колеса-разделителя 6 (слева от профильного элемента 2) новой порцией рабочего тела путем соединения указанного объема с каналом подвода через внутреннюю полость 10 части 5 центрального тела и клапан 12 регулирования подачи рабочего тела;- the first stage of filling the volume of the separator wheel 6 (to the left of the profile element 2) with a new portion of the working fluid by connecting the specified volume to the supply channel through the inner cavity 10 of the central body part 5 and the working fluid supply control valve 12;

- выпуск расширенного рабочего тела из объемов колеса-разделителя 6 и кольцевого рабочего канала справа от профильного элемента 2 через канал 15.- the release of the expanded working fluid from the volumes of the separator wheel 6 and the annular working channel to the right of the profile element 2 through the channel 15.

Дальнейший поворот ротора осуществляется за счет энергии новой порции рабочего тела с повышенным давлением, заполняющего объемы расширения.Further rotation of the rotor is carried out due to the energy of a new portion of the working fluid with increased pressure filling the expansion volumes.

Начинается первый этап такта расширения устройства без подвода тепла к рабочему телу.The first stage of the expansion stroke of the device begins without supplying heat to the working fluid.

На расчетном угле после пересечения канала 14 торцевой частью профильного элемента 2 корпуса 1 происходит второй этап заполнения объема зоны 8 расширения новой порцией рабочего тела через открытый клапан 13 и канал 14 из внутренней полости 11 центрального тела 4. В этом положении элементов устройства зона 8 расширения состоит из внутреннего объема колеса-разделителя 6 и объема части кольцевого рабочего канала слева от профильного элемента 2. Объемы зоны 8 расширения соединены через разрыв 9 колеса-разделителя 6.At the calculated angle after crossing the channel 14 with the end part of the profile element 2 of the housing 1, the second stage of filling the volume of the expansion zone 8 with a new portion of the working fluid through the open valve 13 and the channel 14 from the inner cavity 11 of the central body 4 occurs. In this position of the device elements, the expansion zone 8 consists from the internal volume of the separator wheel 6 and the volume of the part of the annular working channel to the left of the profile element 2. The volumes of the expansion zone 8 are connected through a gap 9 of the separator wheel 6.

На расчетном угле ротора закрываются клапаны 12 и 13, завершая этап заполнения объемов зоны 8 расширения новой порцией рабочего тела.At the calculated angle of the rotor, valves 12 and 13 are closed, completing the stage of filling the volumes of zone 8 expansion with a new portion of the working fluid.

Второй этап такта расширения. При использовании в качестве рабочего тела топливовоздушной смеси, после наполнения ею соединенных объемов зоны 8 расширения (соответствующих максимальному изолированному объему впуска или объему объединенной камеры сгорания), осуществляют воспламенение топливовоздушной смеси. После воспламенения топливовоздушной смеси в объединенной камере сгорания происходит подвод тепла к рабочему телу, повышается ее рабочее давление и температура (цикл подвода тепла при V=const).The second stage of the expansion stroke. When using the air-fuel mixture as the working fluid, after filling the connected volumes of the expansion zone 8 (corresponding to the maximum insulated intake volume or the volume of the combined combustion chamber), the air-fuel mixture is ignited. After ignition of the air-fuel mixture in the combined combustion chamber, heat is supplied to the working fluid, its working pressure and temperature increase (heat supply cycle at V = const).

Происходит второй этап такта расширения устройства. Процесс расширения рабочих газов в изолированном объеме зоны 8 расширения обеспечивает превращение энергии рабочего тела с высоким рабочим давлением и температурой во вращательное перемещение корпуса 1 и колеса-разделителя 6 относительно трубчатого профильного элемента 5 и центрального тела 4.The second stage of the expansion stroke of the device occurs. The process of expanding the working gases in the isolated volume of the expansion zone 8 ensures the energy of the working fluid with high working pressure and temperature is converted into rotational movement of the housing 1 and the spacer wheel 6 relative to the tubular profile element 5 and the central body 4.

Процесс (такт) расширения рабочего тела в рабочих объемах объединенной камеры сгорания завершается после прохода профильным элементом 2 корпуса 1 верхнего вертикального положения, при котором происходит выпуск отработанных газов из внутреннего объема колеса-разделителя 6 справа от профильного элемента 2 через разрыв 9 и канал 15.The process (cycle) of the expansion of the working fluid in the working volumes of the combined combustion chamber is completed after the profile element 2 of the housing 1 passes through the upper vertical position, at which the exhaust gases are released from the internal volume of the separator wheel 6 to the right of the profile element 2 through the gap 9 and channel 15.

Использование предложенной машины позволяет по сравнению с известной повысить кпд, снизить расход топлива, уменьшить потери и затраты на обслуживание и упростить технологию и затраты изготовления.Using the proposed machine allows, in comparison with the known one, to increase efficiency, reduce fuel consumption, reduce losses and maintenance costs and simplify the technology and manufacturing costs.

Claims (1)

Роторная машина объемного типа, содержащая корпус с технологическим отверстием и профильным элементом, выполненным в виде выступа на внутренней стенке корпуса, установленные внутри полости корпуса пустотелое колесо-разделитель с отверстием под профильный элемент и пустотелое центральное тело с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела и с продольным радиальным пазом под колесо-разделитель, колесо-разделитель установлено в продольном радиальном пазу центрального тела с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, содержит средство регулирования подвода и отвода рабочего тела, а корпус установлен с возможностью вращения вокруг своей оси в одной плоскости с осью вращения колеса-разделителя и кинематически связан с ним, отличающаяся тем, что она снабжена трубчатым профильным элементом с каналом подвода и каналом отвода рабочего тела, боковая поверхность трубчатого элемента выполнена в виде двух сопряженных геометрических тел вращения, одно из которых равно диаметру внутренней поверхности колеса-разделителя, а другое равно диаметру наружной поверхности центрального тела, трубчатый профильный элемент жестко связан с центральным телом и установлен в колесо-разделитель с возможностью обкатывания колеса по внутренней поверхности одного тела вращения, а поверхность другого тела вращения равноудалена от оси центрального тела и технологически сопряжена с профильным элементом корпуса, при этом средство регулирования подвода и отвода рабочего тела выполнено в виде регулирующих клапанов, установленных на каналах отвода рабочего тела из трубчатого профильного элемента и из центрального тела. A volumetric rotary machine comprising a housing with a technological hole and a profile element made in the form of a protrusion on the inner wall of the housing, a hollow separator wheel with a hole for the profile element and a hollow central body with a supply channel and a channel for removing the working fluid, and a longitudinal radial groove under the separator wheel, the separator wheel is installed in the longitudinal radial groove of the central body with the possibility of rotation around its longitudinal axis, containing means for regulating the supply and removal of the working fluid, and the housing is mounted to rotate around its axis in the same plane with the axis of rotation of the wheel-separator and kinematically connected with it, characterized in that it is equipped with a tubular profile element with a supply channel and a channel for removing the working fluid, the lateral surface of the tubular element is made in the form of two conjugate geometric bodies of revolution, one of which is equal to the diameter of the inner surface of the separator wheel, and the other is equal to the diameter of the outer surface of the central body, the tubular profile element is rigidly connected to the central body and installed in the separator wheel with the possibility of rolling the wheel along the inner surface of one rotation body, and the surface of the other rotation body is equidistant from the axis of the central body and technologically interfaced with the profile element of the housing, while the control means the inlet and outlet of the working fluid is made in the form of control valves installed on the channels for removing the working fluid from the tubular profile element and from the central body.
RU2015131045/06A 2015-07-27 2015-07-27 Rotary machine of volumetric type RU2592361C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015131045/06A RU2592361C1 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Rotary machine of volumetric type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015131045/06A RU2592361C1 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Rotary machine of volumetric type

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2592361C1 true RU2592361C1 (en) 2016-07-20

Family

ID=56413010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015131045/06A RU2592361C1 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Rotary machine of volumetric type

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592361C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178327U1 (en) * 2017-03-07 2018-03-30 Александр Николаевич Черноштанов Rotary crank engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US141226A (en) * 1873-07-29 Improvement in rotary steam-engines
US1560624A (en) * 1923-11-06 1925-11-10 Varley Cromwell Hamford Pump, engine, and the like
DE1131703B (en) * 1960-04-05 1962-06-20 Reinald Picker Rotary piston power or working machine with periodically variable displacement
RU2391514C1 (en) * 2009-02-27 2010-06-10 Валентин Васильевич Быстров Rotor machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US141226A (en) * 1873-07-29 Improvement in rotary steam-engines
US1560624A (en) * 1923-11-06 1925-11-10 Varley Cromwell Hamford Pump, engine, and the like
DE1131703B (en) * 1960-04-05 1962-06-20 Reinald Picker Rotary piston power or working machine with periodically variable displacement
RU2391514C1 (en) * 2009-02-27 2010-06-10 Валентин Васильевич Быстров Rotor machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178327U1 (en) * 2017-03-07 2018-03-30 Александр Николаевич Черноштанов Rotary crank engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1711686B1 (en) Rotary mechanism
US6036463A (en) Rotary positive displacement engine
CN203796560U (en) Eccentric movable vane pump
CN104454021A (en) Hydrodynamic machine with rotating wheel and piston synchronized rotary mechanism
EP0510125A1 (en) Rotary internal combustion engine.
WO2021088135A1 (en) Cavity having zelun circle shape, fluid working device, and engine
EP2999852B1 (en) Rotary machine
RU2592361C1 (en) Rotary machine of volumetric type
US10920589B2 (en) Six-stroke rotary-vane internal combustion engine
RU2391514C1 (en) Rotor machine
RU2699864C1 (en) Volumetric type rotary machine
WO2013152730A1 (en) Rotor compressor, rotor engine and rotor turbine
EP0046586B1 (en) Internal combustion engine
RU2310081C2 (en) Rotary internal combustion engine
RU2310082C2 (en) Rotary internal combustion engine
RU2425226C1 (en) Gas-rotor drive
CN103498727A (en) Vane type engine
RU2612873C1 (en) Rotary internal combustion engine
RU2282063C1 (en) Rotary machine
CN104295395A (en) Piston mechanism assembly
CN112065575B (en) Cavity-changing type rotor engine
RU2406843C2 (en) A sokolov's turbo rotor engine
RU2009341C1 (en) Birotatory engine
RU2693550C1 (en) Internal combustion rotor engine with asymmetric compression and expansion
RU2637301C1 (en) Rotary piston machine

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner