WO2020145808A1

WO2020145808A1 - Роторно-лопастной двигатель

Info

Publication number: WO2020145808A1
Application number: PCT/KZ2019/000022
Authority: WO
Inventors: Зуфар Хурматуллович ГАЙДУЛЛИН
Original assignee: Зуфар Хурматуллович ГАЙДУЛЛИН
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Изобретение относится к области двигателестроения. Роторно-лопастной двигатель содержит корпус, в котором расположен ротор, имеющий с одной стороны приемное отверстие для входа рабочего вещества. На роторе установлены лопасти с возможностью их взаимодействия с потоком рабочего вещества и передачи вращательного движения на ротор. Корпус выполнен с одним либо двумя затворами с цилиндрической выемкой под него. Ротор представляет собой полую трубу с одной либо двумя лопастями, с заглушенной стороны которого находится приводной вал. На месте взаимного крепления ротора и лопастей имеются окна. Лопасти с одной стороны, по направлению движения, сплошные, а с другой стороны выполнены в виде решеток. Изобретение направлено на создание роторно-лопастного двигателя с высокой производительностью.

Description

Роторно-лопастной двигатель

Предлаг аемое изобретение относится к области дБИщтедеегроенмя, в частности, к классу двигателей для сжатия воздуха, газов, жидкостей, эмульсий и т. д. (рабочего тела), называемых роторно-яопастными двигателями и может найти применение в качестве гадродвигателя, п вмодвигателя, парового двигателя, компрессора, а также насоса.

Известен роторно-доиастной двигатель внутреннего сгорания, имеющий радиальные перегородки, установленный в корпусе с возможностью колебательного движения вокруг своей оси ротор с раднадьмыми лопастями, вааимоде-Йствуюнршй с внутренней кольцевой поверхностью корпус в зонах между его радиальными ггерегородка н, нри этом двигатель снабжен внутренним поясом радиальных уплотнений для герметизации кольцевой поверхности ротора в зонах межд его радиальными лопастями относительно радиальных перегородо кориуса и внешним поясом радиальных ушшш нй для герметизацни кольцевых поверхностей радиальных лопастей ротора относительно внутренне кольцевой поверхности корпуса, а уплотнения внешнего пояса выполнены в виде уетаиовденных в продольных каиавках внутренней кольцевой поверхности кориуса уплотнительных устройств, взаимодействующих радиальными лопастями ро о а_» причем уплотнения внутреннего пояса выполнены в виде уплотнительных устройств, установленных в продольных канавках радиальных перегородок для мщмодейе вйя с кольцевой поверхностью зон ротора еж у его радиальными лопастями. Каждое ушштнителыюе устройство внутреннег и внешнего нояса образовано размещенной на днище соответствующей канавки пластинчатой пружиной и опирающейся на нее уплотняющей пластиной.

Недостатком известного двигателя является то, что удельная мощность двигателя известной конструкции будет невысокой из-за небольшого рабочего объема, а также невысокий коэффициент полезного действия ( в210?173, 20.03.1998г.).

Известен роторно-лопастной двигатель-насос, содержащий статор шшщдричее й ф ы, в котором жецентрнчно расположен ротор таком образом, что от образуют серповидное рабочее пространство, при этом устройство имеет впускное п выпускное отверстия, а ротор снабжен, по меньшей мере, одной лопастью, расположенной: диаметрально в его торцевых пазах, причем лопасть выполнена сплошной, с возможностью продольного перемещения в торцевых паза ротора, выпояиешшх сквозными.

Однако сложность конструкции лопастей ж кон 5трукадй двигателя в целом приводит к ненадежности двигателя при его эксплуатации (RU Xs6S976 Ш, 27.08.2007г.).

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является роторио- лопастной двигателе содержащий корпус, в котором: установлен цилиндрический ротор с образованием между' внешней его поверхностью и внутренней поверхностью корпуса, оо меньшей мере, одной раешмршедыюй камеры, имеющей, но меньшей мере, одно впускное отверстие для подвода рабочего веществ иод высоким давлением в камеру и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для отвода рабочего вещества е пониженным давлением из камеры, при этом на роторе установлены допасти е возможностью их взаимодействия с потоком рабочего вещества й передачи вращательного движения на ротор, причем внутренняя поверхность корпуса контактирует с внешней поверхностью ротора в зоне его двух диаметрально противоположных участков с образованием двух расширительных камер, лопасти установлены в радиальных пазах ротор и подпружинены в сторону внутренней поверхности корпу са.

Недостатками известного аналога являются сложность конструкций, шумноегь работы, низкая точность регулирования мощности, отсутствие возможности изменения направления вращения вала (КШё 103576 Ш, 20.04.2011г ).

Основной задачей предлагаемого изобретения являете» создание роторно лопастного двигателя с высокой нроизводительностью, который может обеспечить сухое всасывание, высокое давление, а также возможность работы с задразненным» жидкостями и эффективную работу ори малых и высоких оборотах. А также производить при использовании в качестве рабочего вещества, сжатого газа, пара иди жидкости под высоким давлением.

Заявленное изобретение поясняется чертежа и, где на рисунке 1 (а) показан вариант е одним затвором, с цилиндрической выемкой под него; I (б) ~ вариант е двумя затворами; на рисунке- 2 (а, 6) - ротор с одной лопастью и двумя лопастями; на рисунке 3 (а, б, с) ~ приводной вал е приемным отверстием и окнами для входа рабочего вещества; на рисунке 4 (а, б) ~ варианты шпояиен я лопастей; па рисунке 5 (а, б) ~ тшяшдричеекие и 5 (с) - фигурные формы затвора; на рисунке 6 - механизм привода затвора через шестерни; на рисунке 7

- схем привода фигурного затвора ("мальтийский механизм”}; на рисунках 8 н 9

- короус двигателя в сборе с ротором и затворами; на рисунке 10, 11 - схема работы роторно-лохшетного двигателя; на рисунке 32 - схема работы роторно- лопастного двигателя с фигурными затворами и на рисунках 13, 14 - е нител ая: схема одно и двух лопастного двигателя.

Предлагаемый роториогаоиастной двигатель состоит из корпуса (13) с одним затворо (рис. 1а) е дидиндрической выемкой (10) иод

а также с двумя затворами с дшшндричеекой выемкой иод него (2) (рис, 16), В корпусе (13) расположен ротор (3), нредставдя1ощий собой полую трубу с допасто (4) (лопастями) (рис.2 а, 6), С одной сторон ротора находится приемное отверстие (5) для входа рабочего вещества, с другой, е заглушенной стороны находится приводной вал (б).На есте взаимного крепления ( ) ротора (3) и лопастей (4) имеются окна (7) (рис, 3 б, е),колйчествакоторыхмогут быть разными. Лопасти с одной стороны, но направлению движения- сплошные, а с другой стороны, выполнены в виде решеток(рне.4а, б). Лопасти могут быть выполнены из другого материала, чем ротор, а га же могут быть съемными для замены при износе.

Затворы (9) могут быть выполнены в виде цилиндрической формы (9Л) с выемкой под лопасть (4) (Рие.ба, б), а также в виде фигурного сечения (9.2) (Рне,5с), которые усганаадиваются в цилиндрические выемки (10) в корпусе (13) двигателя. Количество затворов (9) на каждом двигателе может быть от одного и больше. Затворы (9) с щгяиндрической формы(9Л) устанавливаются на двигатели,работающие с чистыми веществами и согласованы с ротором (3) с установленной н нем лопастью (4) (лопастями) с помощью шестерен (12) (рис.6).

Фигурный затвор (9,2) имеет переменное вращение и проворачивается с остановками, для движения которого используется «мальтийский еханизм» (рис,?). Затворы (9) приводятся в движение от ротора (3) и вращаются свободно. Через затворы (9) проходит ось (11), на которую устанавливаются подшипник» (14) и механизмы привода (шестерни, «мальтийский крест» и др.).

Корпус (13) двигателя в сборе с ротором (3) и затворами (9) забываю ся торцевыми крышками. Передняя крышка{15) (рис ) установлена в передней части двиг ателя. На нем имеются гнезда для втулки (втулок) шш нодшншшжов (14) затвора (9), а так же имеется гнездо для ротора с посадочным местом для подшшшика( 14) и сальника ( 18). На передней торцевой крышке установлен входной патрубок (16) для рабочего вещества. Внутри торцевой крышки имеется канал и выходное отверстие для рабочего вещества.

Задняя торцевая крышка (рие.9)является двойной. Внутри дайной крышки находится шестеренчатый шт "мальтийский механизм”, а также могут быть расположены дополнительные устройства_» например, счетчик оборотов, расхода или приводы на клапаны. На крышке установлены гнезда для втулки (втулок) или подшипники затворов ( ) и тт или подшипник ротора (3) с сальником (18). Через крышку проходит привод ротора (3). Имеется так же выпускное отверстие (20) { канал )ддя выхода рабочего вещества.

Предлагаемый роторно-допаетной двигатель работает следующим образом.

Ори запуске двигателя, ротор (3) с лопастью (4) (лопастями) начинает вращаться в сторону направления, показанной стрелкой на рис. 10. Цилиндрический затво (9.1), приводимый в движение шестеренкой (12) от ротора (3), начинает вращаться вместе с ротором (3) одновременно. Цилиндрический зкпюр (9.1) при вращении разделяет полость В, которая нахо ится перед лопастью (4) от полости С, которая находитс за лопастью

,образуя перегородку. Лопасть (4) выполняет роль подвижной перегородки между полостями В и С, схожая с функцией поршня в цилиндре, При проворачивании лопасти (4), рабочее вещество ввиесняетея из полости В через выпускное отверстие (20). Полость А находится внутри полога ротора и имеет входное отверстие (17) пт рабочего вещества. Полость А сообщается е полостью С через окна (?) и в роторе (3) и в лопасти (4) и представляют собой сообщающий сосуд. При вращении допасти (4), полость С увеличивается; в объеме. При полном ходе лопасти (4), объем С увеличивается значительно, давление при атом сильно Надает. За лопастью возникает зона разрежения, а так как полость А сообщается с полостью С, то рабочее вещество буде стремиться в зону низкого давл ния. При это рабочее вещество не тянется за яоиастыо (4) н не создает сопротивление, а наполняет полость С но мере движения допасти (4), при это риск возникновения кавитации уменьшается.

После окончания рабочего хода (рис, 11 , лопасть (4) сравнивается с выходным отверстием (17). Цшшвдрический затвор (92 ) подходит своей выемкой (10) под лопасть (4) На выпускном трубопроводе установлен невозвратный клапан, который предотвращает возврат рабочего вещества обратно в двигатель в момент прохода допасти (4) затвора (92). До момента прохода лопасти (4) затвора (9), за лопастью (4) будет сохраняться полость С (зона разрежения). Как только затвор (9,1) перекрывает за допасшую подсеть, перед затвором образуется полость В (зона сжатия). Лопасть (4) приходит в исходное положение и цикл начинается снова.

Для работы с за язиенньши веществами может быть использован фигурный затвор (9.2) (Рис. 12). При вращении ротора (3) с лопастью (4), фигурный затво (9.2) благодаря альтнйскому механизму», проворачивается пропуская лопасть и останавливает свое движение. Затвор (9.2) проворачивается только при прохождении лопасти (4), Кромка (21) затвора имеет минимальную площадь, что затрудняет попадание и скапливание абразивных частиц и. редкое нроворачиваиие так же способствует меньшему износу, причем выпускное отверстие (20) так же удобнее расположить, увеличивая рабочий ход.В зависимости от конструкции двигателя, количество кромок (21) у фигурного затвора (9,2) может быть разным.

Предлагаемый двигатель можетбыть иеполкюван да сжатая газов и жидкостей в качестве насоса или компрессора, при этом привод для двигателе будет внешним. Поэтому проблем прохождения «мертвых точек» не возникнет. Будут проблемы с пульсацией для решения которого необходимо соединить два двигателя (Рис, 13), развернув их затворами в нротивоподожные стороны, ори этом приводные механизмы будут объединены, Данный механизм необходим для двигателей, работающих от сжатых газов или жидкостей яя преодоления «мертвых гонок».

Количество лопастей (4) может быть разным, но предпочтительно, одно или двухлопастное исполнение кж показано т рис. 13. При однодонаетиом, давление в конце рабочего хода буде высоким, а при двухлопастном, большее количесгво рабочего вещества буде перемещено. При больших количествах лопастей (4), двигатель станет громоздким, нетехнодогачным и малоэффективным.

Сравнительная схема по рис. 14 показывает, что при одвдшолостном исполнении площадь полости В больше чем у двухподоетиого двигателя, Однако за один оборот у дв хнояоетного двигателя вышжняетея два рабочих хода и поэтому производительность него выше.

Зазоры уменьшают степень сжатия, но удешевляют эксплуатацию. При динамике работы, количество потерь рабочего вещества будет небольшим, тем более что они остаются внутри двигателя.

Двигатель может хорошо работать при малых оборотах, что увеличивает срок службы подшипников. При большой производительности, малые обороты предпочтительнее.

Ниже указаны примеры, где могут быть более вос ебованы нредлагаемыедвигатели.

В качестве насоса в ножарно-амрийных службах, где сухое всасывание, большая нрощводигельноеть и возможность работы с загрязненной водой позволяют экономить время. Можно брать воду из глубоких колодцев е загаплеиных помещений,

В вентшш и. Можно использовать эффект охлаждения воздуха при расширении. Большая пронзводшежшоеть и высокое нагнетательное давление позволяю! пропускать сжатый и значит нагретый возду через теплообменник, например через воду, где тепло воздуха уйдет на нагрев воды (допустим на хоз. нужды), а выходящий из магистрали воздух будет холодным. Можно обойтись без кондиционеров.

На паровых машинах, корпус при этом должен быть, теплоизолирован.

На пжтодтттетх, корпус при этом должен быт наоборот тепйопроводнщм и сребренным, ш как при расширении воздух ошаждаетея. Желательно при этом использовать однолопаетную систему, при этом площадь наружной поверхности будет максимально большим.

В качестве замены гребного винта на е&д&мемнж дтгат&ш В качестве насоса и гидродвигателя на ГЭС, которые накашивают воду нри малых нагрузках, а в час ник их используют, при этом один т тот же агрегат будет наполнять водохранилище и использовать давление воды для получения энергии.

Может быть насос-кампресоор в одном корпусе, что тоже выгодно. Ори работе на сжатых газах и жидкоешх, на двигатель надо ставить клапан ж выходном отверстии для избежания лишних потерь рабочего вещества. Приводы клапанов могу т быть разными, эяекромагшшшми шш механическими.

Claims

ормула изобретения

1. Роторно-лопастной двигатеяв, содержащий корпус, в котором расположен ротор, имеющий с одной сторон^у п ие ное отверстие дзд входа бочего вещества, орн этом на роторе установлены дошети с возможностью их вза одействия с потоком рабочего вещества и передачи вращательного движения на ротор, отличающийся тем, что корпус выполнен с однимлнбо двумя затворами с цилиндрической выемкой под него, рото представляет собой полую трубу е одной либо двумя лопастями, с заглушенной стороны которого находится приводной вал, при этом на месте взаимного крепления ротора и лопастей имеются окна, количества которых могут быть разными, лопасти с одной стороны, во направлению движения:_, сплошные, а с др гой стороны, выполнены в виде решеток.

2. Роторно-донасшой двигатель но п 1 , отличающийся тем, что затворы могут быть выполнены в виде цилиндрической формы с выемкой под лопасть, а также в виде фигурного сечения, которые установлены в циливдричеек е выемки в корпусе двигателя, при это затворы согласованы е ротором е установленной на нем лопастями е помощью шестерен.

3. Ротор йо~лонастной двигатель по ш.2,отмич&н> ий£Я тем, чттж_&орт в виде фигурного сечения имеют переменное вращение и проворачиваются с остиовками, для движения которого использован ^мальтийский механизм”, при это через затворы проходит ось, на которую установлены подшинннки и механизмы привода.

4. Роторно-лопастной двигатедв но и, I, отличающийся тем, чтокорпус в сборе с роторам и затворами дополнительно имеет переднюю торцевую и заднюю горновую крышки, при этом на пер дн й крышке имеются гнезда для втулки (втулок) или подшипников затвора, а также гнездо для ротора е насадочным место для подшипника и сальника, а также установлен входной патрубок для рабочего вещества, причем внутри передней торцевой крышка имеется канал н выходное отверстие для рабочего вещества.

5. Роторио-лопастпой двига ль но пД, отличеиащийся тем, чш _&дняя торцевая крышка выполнена двойной, внутри которойуетановден шестеренчатый («мальтийский») механизм, при это дополнительно установлены гнезда для щул (втулок) или аодшидашков затворов, втулка шш ш и шик ротора с сшы- ком, через крышк проходах привод ротора, а также т ся в иус ое отверстие (каиал) для выхода рабочего вещества.