SE541426C2

SE541426C2 - Machine for converting a pressurized flow into kinetic energy

Info

Publication number: SE541426C2
Application number: SE1730140A
Authority: SE
Inventors: Åke Olofsson
Original assignee: Olofsson Aake
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2019-10-01
Also published as: SE1730140A1

Abstract

En maskin som är av deplacementstyp med roterande kolvar excentriskt placerade i roterande hus. Maskinen är sammansatt av åtminstone två liknande enheter (1, 2) primär och sekundär, en så kallad kompoundmaskin för omvandling av ett flödestryck till en rotation där ett medium tillförs kontinuerligt med konstant högt tryck först till prim heten och där under ett varv påverkar en vinge (7) som omvandlar trycket till en roterande rörelse, varefter arbetsmediet fortsätter med oförändrat tryck till den sekundära enheten där den sekundära enhetens vinge (8) påverkas med ett i inledningsskedet oförändrat tryck från primärenheten och utnyttjar resten av flödesenergin.Rotorerna (3, 4) och rotorhus (1, 2) roterar tillsammans med en rullande anliggning mot respektive tangeringslinjer (11, 12) (fig.3) och där nämnda rotorers axlar (5, 6) är ihåliga och har tillsammans med rotorerna (3, 4) kanaler (14) för in- och utflöde av arbetsmediet. Rotorhusen är fästade mot varandra tillsammans med en mellan rotorhusen avskiljande anordning, varvid den avskiljande anordningen medger kraftöverföring.A machine that is of the displacement type with rotating pistons eccentrically placed in rotating housings. The machine is composed of at least two similar units (1, 2) primary and secondary, a so-called compound machine for converting a flow pressure to a rotation where a medium is supplied continuously with constant high pressure first to the primity and where during one revolution a wing affects (7) which converts the pressure into a rotating motion, after which the working medium continues with unchanged pressure to the secondary unit where the wing of the secondary unit (8) is actuated by an unchanged pressure from the primary unit and utilizes the rest of the flow energy. The rotors (3, 4) and rotor housings (1, 2) rotate together with a rolling abutment against respective tangent lines (11, 12) (Fig. 3) and where the shafts (5, 6) of said rotors are hollow and have together with the rotors (3, 4) channels ( 14) for inflow and outflow of the working medium. The rotor housings are fastened to each other together with a device separating between the rotor housings, the separating device allowing power transmission.

Description

Maskin för omvandling av ett trycksatt flöde till rörelseenergi Föreliggande uppfinning hänför sig till en sådan maskin, härefter kallad motor, som är av deplacementstyp med roterande kolvar, härefter kallad rotor, och där volymförändringar sker under rotationen, vilka skapar expanderande och komprimerande volymer, där excentriskt placerade rotorer med vingar tas att rotera av ett flöde med ett visst tryck. The present invention relates to such a machine, hereinafter referred to as a motor, which is of the displacement type with rotating pistons, hereinafter referred to as rotor, and where volume changes occur during rotation, which create expanding and compressing volumes, where eccentric placed rotors with wings are taken to rotate by a flow with a certain pressure.

Uppfinningen bygger i stort sett på en modifikation av en maskin som beskrivs i patentet SE 527959 C2. Där visas hur ett rotorhus med större diameter sväljer en rotor med mindre diameter och att den senare är excentriskt placerad i cylindern och rullar mot den inre ytan (härefter kallad tangeringslinjen) av rotorhuset, vilket eliminerar friktionen avsevärt. The invention is largely based on a modification of a machine described in patent SE 527959 C2. It shows how a larger diameter rotor housing swallows a smaller diameter rotor and that the latter is eccentrically placed in the cylinder and rolls towards the inner surface (hereinafter referred to as the tangent line) of the rotor housing, which eliminates the friction considerably.

Det finns i marknaden ett antal olika maskiner av deplacementstyp. Till de vanligaste hör lamellmotorer som har en cylindrisk rotor monterad på en axel, excentriskt placerad och omsluten av en cylindrisk stator. Rotom i dessa har ett antal urtag, där rektangulära skivor eller lameller (vingar) löper och bildar volymförändringar under rotationen så att ett flödestryck kan åstadkomma en rotation. Dessa motorer arbetar efter principen om skillnader i areor pä lamellerna på grund av rotoms excentriska placering. Dessa motorer har i grunden lågt vridmoment som brukar kompenseras med flera lameller, högre hastighet och större cylinderlängd i förhållande till diametern samt dyrbar planetväxel. Lamellerna pressas på grund av centrifugalkraften och tätar mot den cirkulära inre cylinderytan. Det innebär ett större slitage på lamellerna ju högre periferihastigheten är. Det är därför önskvärt med en annan konstruktion som minskar den nackdelen. There are a number of different displacement-type machines on the market. The most common are lamella motors that have a cylindrical rotor mounted on a shaft, eccentrically placed and enclosed by a cylindrical stator. The rotor in these has a number of recesses, where rectangular discs or slats (wings) run and form volume changes during the rotation so that a flow pressure can bring about a rotation. These motors operate on the principle of differences in areas on the slats due to the eccentric location of the rotor. These engines have basically low torque which is usually compensated with more slats, higher speed and greater cylinder length in relation to the diameter and expensive planetary gear. The slats are pressed due to the centrifugal force and seal against the circular inner cylinder surface. This means greater wear on the slats the higher the peripheral speed. It is therefore desirable to have another construction that reduces that disadvantage.

Luftmotorer har används i många år tillbaka och finns än idag i diverse handredskap bland annat i verkstäder, som exempelvis i slipmaskiner, skruvdragare, transportband mm. Air motors have been used for many years and are still found today in various hand tools, including in workshops, such as grinders, screwdrivers, conveyor belts etc.

Syftet med uppfinningen är att göra en motor med bättre verkningsgrad och med en enklare konstruktion. Andra egenskaper har eftersträvats såsom tystare gång och enklare service. Därmed blir det mera attraktivt att använda ett medium som till exempel tryckluft i större utsträckning, där en bättre miljö är särskilt önskvärd. Som exempel pä sådana områden kan, förutom i verkstäder, nämnas gräsklippare och andra motordrivna trädgårds redskap. Andra tillämpningar kan tänkas vara som små utombordmotorer i roddbåtar, hybridfordon mm. The object of the invention is to make an engine with better efficiency and with a simpler construction. Other features have been sought, such as quieter running and easier service. This makes it more attractive to use a medium such as compressed air to a greater extent, where a better environment is particularly desirable. Examples of such areas are, in addition to workshops, lawn mowers and other motorized garden tools. Other applications can be thought of as small outboard engines in rowing boats, hybrid vehicles etc.

Figurförteckning Figur 1 visar vy från sidan där en remskiva avgränsar motordelarna. List of figures Figure 1 shows a view from the side where a pulley delimits the engine parts.

Figur 2 visar en sprängskiss i perspektiv Figur 3 visar ett godtyckligt valt snitt genom rotor och rotorhus i någon av motordelarna. Figure 2 shows an exploded view in perspective Figure 3 shows an arbitrarily selected section through the rotor and rotor housing in one of the engine parts.

Figur 4 visar ett längdsnitt från sidan Figur 5 och 6 visar en schematisk skiss med kanalerna 14 som stänger och öppnar vid tangeringslinjen Figur 7 visar ett PV diagram med ett konstant tryck i primärmotor (fig. 5). Figure 4 shows a longitudinal section from the side. Figures 5 and 6 show a schematic sketch with the channels 14 closing and opening at the tangent line. Figure 7 shows a PV diagram with a constant pressure in the primary motor (Fig. 5).

Figur 8 visar ett PV diagram med ett sjunkande tryck i sekundärmotor (fig, 6). Figure 8 shows a PV diagram with a decreasing pressure in the secondary motor (Fig. 6).

Detaljbeskrivning Motorn är sammansatt av åtminstone två enheter (en så kallad kompoundmaskin) och vardera enheten består av så kallade rotorhus 1 , 2 (fig.1)) som är roterande och med vartdera rotorhuset 1 , 2 inneslutande en rotor 3, 4. (fig.2) som har ihåliga axlar 5, 6. Nämnda axlar bildar därför i centrum längsgående kanaler 14 (fig.4) som möter i rotorema andra men radiella kanaler 14a, 14b, 14c, 14d (fig.5, fig.6) vilka mynnar ut i respektive rotorhus 1, 2. Vardera motorenheten, en primär och åtminstone en sekundär, har nära identisk konstruktion med varandra där ett flöde från en energibärare (till exempel tryckluft, gas eller ånga) med högt tryck passerar genom båda enheterna via nämnda kanaler och där energin utnyttjas maximalt och omvandlas till en roterande rörelse. Den sekundära motordelen har i normala fall en större volym för att bättre utnyttja flödesenergin i den expanderande volymen. Ett flöde med konstant tryck lämnar den första enheten och fortsätter till den andra, som tar tillvara på energin med högt tryck från den första och utnyttjar detta maximalt under ett varv ner till ett tryck nära omgivningens tryck (atmosfärtrycket). Flödesströmmen börjar genom rotorns 3 axel 5 och vidare genom kanaler 14 till och från volymer som nämnda rotorer skapar och fortsätter ut genom rotorns 4 axel 6. Till skillnad mot lamellmotorer har uppfinningen alltså två roterande rotorhus 1, 2 för att medieflödet skall utnyttjas maximalt. Eftersom vartdera rotorhuset 1, 2 har endast en vinge 7, 8 som löper i ett spår 9, 10 i rotorerna 3, 4 gör att friktionen minimeras. Vingarna 7, 8 har med sin ena ände monterats, fig. 3, i respektive rotorhus 1, 2 för att fånga upp centrifugalkraften och undvika slitage och i övrigt löpande i spår 9, 10 i nämnda rotorer. Detailed description The motor is composed of at least two units (a so-called compound machine) and each unit consists of so-called rotor housings 1, 2 (fig. 1)) which are rotating and with each rotor housing 1, 2 enclosing a rotor 3, 4. (fig. .2) having hollow shafts 5, 6. Said shafts therefore form in the center longitudinal channels 14 (Fig. 4) which meet in the rotors other but radial channels 14a, 14b, 14c, 14d (Fig. 5, Fig. 6) which opens into the respective rotor housings 1, 2. Each motor unit, a primary and at least a secondary one, has almost identical construction with each other where a flow from an energy carrier (for example compressed air, gas or steam) with high pressure passes through both units via said channels and where the energy is used to the maximum and converted into a rotating motion. The secondary motor part normally has a larger volume to make better use of the flow energy in the expanding volume. A constant pressure flow leaves the first unit and continues to the second, which takes advantage of the high pressure energy from the first and utilizes this maximally during one revolution down to a pressure close to the ambient pressure (atmospheric pressure). The flow current begins through the shaft 5 of the rotor 3 and further through channels 14 to and from volumes created by said rotors and continues out through the shaft 6 of the rotor 4. Since each rotor housing 1, 2 has only one wing 7, 8 which runs in a groove 9, 10 in the rotors 3, 4, the friction is minimized. The wings 7, 8 have been mounted with one end, Fig. 3, in the respective rotor housing 1, 2 to capture the centrifugal force and avoid wear and otherwise running in grooves 9, 10 in said rotors.

Rotorerna 3, 4 och rotorhus 1 , 2 roterar tillsammans med en rullande anliggning mot respektive tangeringslinjer 11, 12 (fig.3). Det finns dock en liten begränsning med den fria rullningen mellan rotor och rotorhus. Det är på grund av att vingarna 7, 8 avgränsar den fria volymen, som uppstår på grund av diameterskillnaden mellan rotorhus 1 , 2 och rotor 3, 4, Men nämnda vingar är ju nödvändiga för att de skall - under rotationen tillsammans med tangeringslinjen 11, 12 - kunna bilda och avgränsa expanderande och komprimerande volymer mellan nämnda rotorer 3, 4 och rotorhus 1, 2 samt att fånga upp flödestrycket och omvandla det till en roterande rörelse. Nämnda begränsning förklaras enligt följande. Det är ett fysikaliskt faktum att roterande cirkelrunda maskinelement, såsom hjul, remskivor eller kugghjul med olika diametrar som roterar med eller mot varandra, roterar med olika hastighet i förhål lande till varan alltså är omvänt proportionell mot respektive diametrar. Nämnda vingars anslutning mot rotorhuset 7, 8 gör emellertid att rotorema 3, 4 tvingas rotera med samma hastighet som deras respektive rotorhus 1, 2. Det får till följd att vinkelhastigheten varierar hos rotor 3, 4 något under ett van för att kompensera den tvingande, och under normala förhållanden uppkomna varvtalsskillnaden. Därför glider eller släpar rotorerna 3, 4 något samtidigt med rullningen mot rotorhusen 1 , 2 mot tangeringslinjerna 11, 12. Den lilla friktionen torde därför vara försumbar. Mellan nämnda rotorhus finns en avgränsande vägg 16 som förhindrar flödet, att komma direkt in i varandras expanderande och komprimerande volymer utan tvingar istället flödet att passera genom för ändamålet avsedda kanaler 14. Nämnda vägg kan med fördel bestå av en remskiva 16, kugghjul eller någon annan anordning som tätar mellan motorenheterna. The rotors 3, 4 and rotor housings 1, 2 rotate together with a rolling abutment against the respective tangent lines 11, 12 (Fig. 3). However, there is a small limitation with the free rolling between rotor and rotor housing. This is because the wings 7, 8 delimit the free volume, which arises due to the diameter difference between rotor housing 1, 2 and rotor 3, 4. But said wings are necessary for them to - during the rotation together with the tangent line 11, 12 - be able to form and delimit expanding and compressing volumes between said rotors 3, 4 and rotor housings 1, 2 and to capture the flow pressure and convert it into a rotating movement. Said limitation is explained as follows. It is a physical fact that rotating circular machine elements, such as wheels, pulleys or gears with different diameters rotating with or against each other, rotate at different speeds in relation to the product, thus being inversely proportional to the respective diameters. However, the connection of said wings to the rotor housing 7, 8 forces the rotors 3, 4 to rotate at the same speed as their respective rotor housings 1, 2. As a result, the angular velocity of rotor 3, 4 varies slightly below a van to compensate for the forcing, and under normal conditions the difference in speed occurred. Therefore, the rotors 3, 4 slide or drag slightly at the same time as the rolling towards the rotor housings 1, 2 towards the tangent lines 11, 12. The small friction should therefore be negligible. Between said rotor housing there is a delimiting wall 16 which prevents the flow, to enter directly into each other's expanding and compressing volumes but instead forces the flow to pass through channels intended for the purpose 14. Said wall may advantageously consist of a pulley 16, gears or some other device that seals between the motor units.

Rotorernas ihåliga axlar 5. 6 är icke gemensamma men däremot har dess kanaler 14 förbindelse med varandra via rotorernas kanaler 14a, 14b, fig.5 och 14c, 14d, fig6 beroende på vingarnas 7, 8 position under ett varv. Därför har en medbringare 15 av typ lagerbussning anbragts mellan nämnda axlar 5, 6 vid deras mötande ändar, som där förenar respektive kanaler 14 och som möjliggör ett fritt flöde mellan nämnda rotorer och som stöder varandra och samtidigt tillåter rotorernas inbördes olika vinkelhastighet. The hollow shafts 5.6 of the rotors are not common, but on the other hand their channels 14 are connected to each other via the channels 14a, 14b, Figs. 5 and 14c, 14d, Fig. 6 of the rotors depending on the position of the wings 7, 8 during one revolution. Therefore, a bearing 15 of the bearing bushing type has been arranged between said shafts 5, 6 at their facing ends, which there join respective channels 14 and which enable a free flow between said rotors and which support each other and at the same time allow the different angular velocities of the rotors.

För jämnast möjliga vridmoment hos motorn placeras vingarna 7, 8 i respektive motordel fördelaktigast i motstående riktning mot varandra eller i närheten därav. For the smoothest possible torque of the motor, the wings 7, 8 in the respective motor part are most advantageously placed in the opposite direction to each other or in the vicinity thereof.

Ett annat syfte med uppfinningen är att göra den så lätt som möjligt. Rotorerna 3, 4 är icke belastade med vridmoment vid kraftöverföring till skillnad från andra luftmotorer. Det är i stället rotorbusens 1 , 2 uppgift tillsammans med en anordning 16 som möjliggör kraftöverföring, exempelvis en rem skiva eller ett kugghjul. Därför behövs i stället för lager på rotoremas 3, 4 mötande ändar, endast nämnda medbringare 15 placeras. Motorn i dess helhet är därför upphängd med övriga lager och lagrad på ett med rotorhus 1 , 2 och rotor 3, 4 gemensamt stativ 17. Nämnda ledbara medbringare 15 mellan rotorerna gör det möjligt att deras olika och försumbara vinkelhastighet icke hindrar varandra. Another object of the invention is to make it as light as possible. The rotors 3, 4 are not loaded with torque during power transmission, unlike other air motors. Instead, it is the task of the rotor bus 1, 2 together with a device 16 which enables power transmission, for example a belt pulley or a gear wheel. Therefore, instead of bearings on the facing ends of the rotors 3, 4, only said driver 15 is placed. The motor as a whole is therefore suspended with other bearings and mounted on a stand 17 common to rotor housings 1, 2 and rotor 3, 4.

Uppfinningen är även reversibel, dock med något lägre verkningsgrad. The invention is also reversible, but with a somewhat lower efficiency.

Uppfinningens funktion. Function of the invention.

Ett medium med konstant tryck strömmar in i axeln 5 genom kanalen 14 (fig. 4) Trycket påverkar vingen 7 i första hand och bildar en kraft som får rotorhuset 1 att rotera. Kanalöppningarna 14a, 14b, 14c och 14d öppnas och stängs automatiskt på grund av rotoremas 3, 4 rullning mot tangeringslinjerna 11 , 12. Ventiler är därför överflödiga. När vingen 7 (fig.5) i rotorhuset 1 har under ett varv nått tangeringslinjen 11, är utloppsmynningen på kanalen 14a i rotorn 3 på väg att stängas och öppnas igen för ett nytt varv genom att 14a passerar förbi tangeringen 11. Inloppsmynningen 14b har också öppnat för flödet med högt tryck som leds vidare in genom 14c. Vingen 8 tar till vara detta tryck och energin utnyttjas fullt ut under ett varv varefter mediet med lågt tryck släpps ut genom 14d. A medium with constant pressure flows into the shaft 5 through the channel 14 (Fig. 4). The pressure acts on the wing 7 in the first place and forms a force which causes the rotor housing 1 to rotate. The channel openings 14a, 14b, 14c and 14d open and close automatically due to the rolling of the rotors 3, 4 towards the tangent lines 11, 12. Valves are therefore superfluous. When the wing 7 (Fig. 5) in the rotor housing 1 has reached the tangent line 11 during one revolution, the outlet mouth of the channel 14a in the rotor 3 is about to be closed and reopened for a new revolution by 14a passing past the tangent 11. The inlet mouth 14b also has opened for the high pressure flow which is led further in through 14c. The wing 8 takes advantage of this pressure and the energy is fully utilized during one revolution, after which the medium with low pressure is released through 14d.

Claims

Patent claims.

A machine, hereinafter referred to as a motor, comprising a primary motor unit and at least one secondary motor unit interconnected with each other and with storage devices suspended on a common stand (17) and each unit having rotor housings (1, 2) which said rotor housings are attached to each other by a between the rotor housings separating device (16), the separating device allowing power transmission and said rotor housing having enclosing eccentrically placed rotors (3, 4) detachably mounted and with other storage devices suspended on said stand (17), said rotor housing and said rotors having a common contact line (11, 12) to form expanding and compressing volumes, and wherein the axes (5, 6) of said rotors have in the center longitudinal channels (14) which are connected to radial channels (14a, 14b, 14c and 14d) in said rotors) for inflow and outflow of a working medium to and from said volumes and where said rotor housing has wings (7, 8) fixedly or articulatedly connected to m at one end towards the inner surface of the rotor housing and the other end running in a groove (9, 10) in said rotor, in order that said working medium from an external energy source converts a pressurized continuous flow into a rotating movement, characterized in that the rotors (3, 4) shafts (5, 6) meet each other in a means (15) sealing and rotatable about said shafts which forms a transition between the rotors and at the same time forms a common channel between said rotors, so that the working medium can pass through the whole motor during the rotation.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the invention is reversible, wherein the primary and secondary functions change places.