початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2285124
РОТОРНІ МАШИНА зі зміщенням валами

Ім'я заявника: Лапитов Равіль Ахатович (RU)
Ім'я винахідника: Лапитов Равіль Ахатович (RU)
Ім'я патентовласника: Лапитов Равіль Ахатович (RU)
Адреса для листування: 420138, м.Казань, вул. Дубравная, 53, корп.2, кв.35, Р.А. Лапитову
Дата початку дії патенту: 2005.04.19

Винахід може бути використано в роторно-поршневих насосах, компресорах, гідромоторах, а й в двигунах внутрішнього або зовнішнього підведення теплоти. Роторна машина містить корпус з компресійними пластинами, каналами підведення і відведення робочого середовища і торцевими стінками, ексцентрично встановлений в ньому порожнистий профільований ротор із зубчастим вінцем на його внутрішній поверхні і механізм синхронізації, виконаний у вигляді шестерень, установлених на двох валах з можливістю їх взаємодії з зубчастим вінцем ротора. Зовнішня і внутрішня огинають ротора мають профіль, утворений з трьох пар протилежних один одному великих і малих сегментів кіл з центрами в вершинах рівностороннього трикутника. Довжина відрізка, утвореного між точками перетину прямої, що проходить через центри валів з обвідної профілю, незмінна при повороті ротора. Машина оснащена колесами-роликами, встановленими паралельно шестерням і котиться по гладким канавкам, виконаним на внутрішній поверхні ротора. Радіус коліс-роликів і шестерень менше радіуса малого сегмента внутрішньої огинаючої ротора. Зменшуються габарити і вага, збільшується ККД, підвищується питому потужність і продуктивність, збільшуються терміни заміни компресійних пластин і довговічність роторних машин об'ємного типу.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема до роторно-поршневим насосів, компресорів, гідромоторів і двигунів внутрішнього або зовнішнього (паровий котел) підведення теплоти, що застосовуються в стаціонарних установках або на транспортних засобах.

Відомо пристрій роторно-поршневих гідравлічних машин і двигунів, заснованих на кінематичній схемі Ф.Ванкеля (див. Бірюков Б.Н. Роторно-поршневі гідравлічні машини. - М .: Машинобудування, 1972, с.16 .; Ленін І.М. і ін. Автомобільні та тракторні двигуни. - М .: Вища школа, 1976, ч.1, с.197), в якій профільований трикутний ротор з радіальними і торцевими компресійними пластинами, пов'язаний з робочим валом за допомогою зубчастої передачі і рухається по епітрохоідной поверхні всередині корпусу, що має газорозподільні канали і торцеві стінки.

Недоліком такого пристрою є неможливість забезпечення ефективної мастила місць контакту внутрішньої поверхні корпусу з трьома радіальними компресійними пластинами, розташованими в пазах ротора, що є причиною інтенсивного зносу компресійних пластин і необхідності їх складної заміни з демонтажем ротора.

Найбільш близьким до заявляється винаходу, прийнятим за прототип, є пристрій (див. Опис винаходу до патенту SU №1694986 A1, F 04 C 2/18. "Роторний насос", опубл. 30.11.1991. Бюл. №44), яке містить корпус з каналами підведення і відведення робочого середовища і торцеві кришки, ексцентрично встановлений в ньому порожнистий профільований ротор із зубчастим вінцем на його внутрішній поверхні і механізм синхронізації, виконаний у вигляді провідної шестерні, встановленої на приводному валу і шестерні, встановленої на додатковому валу з можливістю їх взаємодії з зубчастим вінцем ротора, який в поперечному перерізі виконаний у вигляді криволінійної фігури, причому довжина відрізка, утвореного між точками перетину прямої, що проходить через центри провідною і додаткової шестерень з обвідної профілю незмінна при повороті ротора, а внутрішня поверхня ротора має профіль, відповідний його зовнішньої обвідної.

Недоліком даного пристрою є те, що воно не може працювати при високих оборотах ротора через великі ударних навантажень на шестерні валів, що призводять до деформації і заклинювання зубів. Як показали експерименти на реальних моделях, причиною цього є рівність радіусу шестерні приводного вала радіусу малого сегмента (сектора) ротора, який при переході шестерень з великого на малий сегмент зубчастого вінця по черзі змінює миттєві осі обертання, що проходять через осі приводного і додаткового валів.

Технічний ефект, на досягнення якого спрямована заявляється винахід, полягає в можливості збільшення числа оборотів ротора шляхом зменшення тертя і динамічних навантажень на вузли пропонованої роторної машини, що значно розширює можливості її застосування в якості насосів, компресорів, гідромоторів і двигунів об'ємного типу.

Технічний ефект досягається тим, що в пропонованому пристрої ротор рухається не на шестернях, а на твердих колесах-роликах, які встановлені паралельно шестерням і котяться по гладкій внутрішній поверхні ротора з меншим в порівнянні з зубчастої передачею тертям. Причому радіус коліс-роликів і шестерень менше радіуса малого сегмента зубчастого вінця ротора, в результаті чого при зміні миттєвої осі обертання ротора повного «лобового» удару малого сегмента про шестерні не відбувається і передача крутного моменту ротора на вали буде достатньо плавною. Наочним прикладом такого ефекту є вільне кочення важкого металевого кулі по твердій поверхні, на якій є неглибокі сферичні виїмки. Якщо радіус виїмки більше радіусу кулі, то куля по інерції поступово скочується і викочується з неї; якщо ж радіуси співпадуть, то куля впадає в виїмку з ударом по всій поверхні і може зупинитися в ній, передавши всю енергію.

В роторної машині зі зміщеними валами, що містить корпус з компресійними пластинами, канали підведення і відведення робочого середовища і торцеві стінки, ексцентрично встановлений в ньому порожнистий профільований ротор із зубчастим вінцем на його внутрішній поверхні і механізм синхронізації, виконаний у вигляді шестерень, установлених на двох валах з можливістю їх взаємодії з зубчастим вінцем ротора, який в поперечному перерізі виконаний у вигляді криволінійної фігури, причому довжина відрізка, утвореного між точками перетину прямої, що проходить через центри валів, з обвідної профілю незмінна при повороті ротора, а внутрішня поверхня ротора має профіль, відповідний його зовнішньої обвідної, новим є те, що пристрій додатково має круглі колеса-ролики, а ротор містить для них гладкі канавки на внутрішній поверхні, з опорою на які здійснюється кочення ротора усередині корпусу з найменшим тертям. Колеса-ролики мають радіус менший ніж радіус внутрішньої огинаючої малого сегмента ротора і можуть встановлюватися симетрично шестерням на обох валах або на своїх півосях, закріплених на торцевих стінках пристрою. Шестерні містять принаймні на один зуб менше, ніж шестиразове число зубів на малому сегменті ротора і для виключення взаємного торкання можуть бути зміщені відносно один одного на валах, на яких встановлені маховики для рівномірності обертання. Для постійного зачеплення шестерень з зубчастим вінцем ротора обидва валу паралельно зміщені в протилежних напрямках у площині, що проходить через центральні лінії компресійних пластин, встановлених в корпусі роторної машини.

Суть винаходу пояснюється на фіг.1-7, де

Фіг.1 зображений профіль утворює ротора

Фиг.2 - пропонований пристрій, поперечний розріз

Фіг.3 - те саме, поздовжній розріз

Фіг.4 зображено початкове крайнє праве положення ротора. При цьому верхня шестерня знаходиться в зачепленні з малим сегментом ротора, а нижня - тільки входить в зачеплення з великим сегментом ротора

Фіг.5 - проміжне положення ротора при його русі від крайнього правого положення в крайнє ліве положення. В даний момент в правій порожнини відбувається всмоктування чергової порції робочого середовища (тіла), а лівою - стиснення або витіснення

Фіг.6 - крайнє ліве положення ротора, при якому верхня шестерня входить в зачеплення з великим сегментом ротора, а нижня - з малим сегментом

Фіг.7 - проміжне положення ротора при його русі з лівого в праве положення. При цьому в лівій порожнини відбувається всмоктування, а в правій - стиснення і витіснення робочого середовища.

Тут: 1 - корпус; 2 - компресійні пластини; 3 - впускний і випускний канали з клапанами; 4 - торцеві стінки; 5 - колеса-ролики; 6 - ротор; 7 - зубчастий вінець; 8 - канавки; 9 - шестерні; 10 - вали; 11 - маховики; 12 - права порожнину; 13 - ліва порожнину.

Роторна машина зі зміщеними валами складається з корпусу 1, в пазах якого встановлено дві підпружинені компресійні пластини 2 з можливістю заміни без демонтажу торцевих стінок 4. У корпусі 1 з каналами впускання і випуску робочого середовища 3 на колесах-роликах 5 встановлений ротор 6, що має зубчастий вінець 7 і канавки 8 по всьому периметру внутрішньої поверхні. Зубчастий вінець 7 має зачеплення з двома шестернями 9, встановленими на валах 10 з маховиками 11. При зміні положення ротора усередині корпусу змінюються обсяги правої порожнини 12 і лівої порожнини 13. Зовнішня і внутрішня огинають ротора 6 мають профіль, який утворений з трьох пар протилежних один одному великих і малих сегментів (секторів по 60 °) кіл з центрами в вершинах рівностороннього трикутника, зображеного пунктирними прямими (фіг.1.). Такий профіль при русі ротора 6 усередині корпусу 1 забезпечує нерухомість компресійних пластин 2 і постійне зачеплення зубчастого вінця 7 з двома шестернями 9 валів 10, встановлених на підшипниках в торцевих стінках 4, тому що відстань між точками контакту ротора з верхньої та нижньої компресійними пластинами незмінні при обертанні ротора і це відстань дорівнює сумі радіусів малого і великого сегментів зовнішньої огинаючої ротора. Компресійні пластини, виконані, наприклад, з алюмінієво-графітового сплаву або фторопласта, мають прямокутну форму і достатню висоту для довготривалої роботи.

Пропозиції Пристрій працює наступним чином

В крайньому правому положенні ротора 6, представленому на фіг.4, під впливом зовнішнього крутного моменту, який може подаватися на один з валів 10, або під тиском робочого середовища в правій порожнини 12 на ротор 6, останній переміщається вліво з опорою на колеса-ролики 5, тобто буде повертатися за годинниковою стрілкою на 60 ° щодо центру (миттєвої осі обертання ротора) кіл малого і великого сегментів ротора, збігається з верхньою вершиною трикутника, утвореного пунктирними прямими на фіг.1. При русі ротора верхня шестерня перебуватиме в зачепленні з малим сегментом ротора, а нижня - з протилежним великим сегментом (фіг.5). При цьому шестерні 9 повернуться більш ніж на 60 ° на своїх валах, тому що їх осі обертання не збігаються з віссю обертання ротора і радіус шестерень менше радіуса малого сегмента і радіусу великого сегмента ротора. В крайньому лівому положенні ротора (фіг.6) верхня шестерня переходить в зачеплення на великий сегмент ротора, нижня шестерня - на малий сегмент, і ротор починає переміщатися вправо, обертаючись на 60 ° навколо центру (миттєвої осі обертання ротора) кіл малого і великого сегментів , тобто навколо нижньої вершини пунктирного трикутника (фіг.7). Досягнувши крайнього правого положення ротора (фіг.4.), Описаний цикл повторюється. Відзначимо, що при зміні осей обертання ротора всі сили інерції передаються на колеса-ролики, а не на шестерні, зуби яких знаходяться в постійній глибині зачеплення із зубчастим вінцем ротора.

Наведемо конкретний приклад використання запропонованого винаходу в якості двигуна внутрішнього згоряння із запалюванням палива від стисненого повітря. Нехай ротор знаходиться в крайньому правому положенні (фіг.4), впускний клапан правої порожнини відкритий, випускний - закритий; впускний клапан лівої порожнини закритий, випускний - відкритий. Обертаючись за годинниковою стрілкою вали з маховиками, переміщають ротор вліво (фіг.5) і тим самим здійснюється всмоктування повітря в праву порожнину і випуск газів з лівої порожнини двигуна. Коли ротор досягає крайнього лівого положення (Фіг.6), впускний клапан правої порожнини закривається, випускний залишається закритим, а в лівій порожнини відкривається впускний клапан і закривається випускний. Далі в процесі руху ротора вправо за рахунок інерції обертання маховиків в правій порожнини відбувається стиснення повітря до температури, достатньої для запалення палива (солярки або скрапленого газу), а в лівій - такт впуску чергової порції повітря (фіг.7). Після цього в крайньому правому положенні ротора (фіг.4) в лівій порожнини закривається впускний клапан, а в праву порожнину проводиться впорскування палива через відповідні форсунки (не показані). Далі в правій порожнини відбувається такт робочого ходу з передачею енергії на обидва вала за рахунок згорання палива і розширення газів, що утворюються, а в лівій - такт стиснення повітря (фіг.6). Коли ротор досягає крайнього лівого положення (Фіг.6), в ліву порожнину проводиться впорскування палива, а в правій відкривається випускний клапан. Далі в лівій порожнини відбувається робочий такт з можливістю відбору потужності на обох валах, а в правій випуск відпрацьованих газів (фіг.7). В крайньому правому положенні ротора описаний цикл з двома робочими тактами повторюється (фіг.4). Для забезпечення безперервності процесів в лівій і правій порожнинах двигуна і плавності руху ротора обидва маховика на валах повинні мати відповідну масу. Крім цього можлива реалізація многороторних конструкцій на загальних валах для забезпечення постійного крутного моменту. Системи охолодження і мастила двигуна, а й приводу клапанів і форсунок можуть мати будь-яку відому конструкцію і на фігурах не показані.

Робочий об'єм і потужність двигуна визначаються шириною ротора і величиною радіусів його зовнішніх огинають. Обсяг кожної порожнини можна обчислити за формулою: V = Н (R _{² + 2} -R ₁²⁾ П / 6,

де П = 3,1415 ...; Н - ширина ротора; R ₁ - радіус малого сегмента зовнішньої огинаючої ротора; R ₂ - радіус великого сегменту зовнішньої огинаючої ротора. Наприклад, при R ₁ = 10 см, R ₂ = 15 см, Н = 20 см, отримаємо дизельний двигун з робочим об'ємом 2,5 літра, габаритами 30 × 30 × 30 см ^3, вагою не більше 50 кг і з числом обертів валів до 2 тисяч в хвилину.

Таким чином, пропонована роторна машина зі зміщеними валами дозволяє зменшити габарити і вага через малу кількість взаємодіючих вузлів, збільшити ККД за рахунок зменшення тертя ротора об корпус і шестерні валів, підвищити питому потужність і продуктивність за рахунок підвищених оборотів ротора, збільшити терміни заміни компресійних пластин і довговічність роторних насосів, компресорів, гідромоторів і теплових об'ємних двигунів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Роторна машина зі зміщеними валами, що містить корпус з компресійними пластинами, каналами підведення і відведення робочого середовища і торцевими стінками, ексцентрично встановлений в ньому порожнистий профільований ротор із зубчастим вінцем на його внутрішній поверхні і механізм синхронізації, виконаний у вигляді шестерень, установлених на двох валах з можливістю їх взаємодії з зубчастим вінцем ротора, зовнішня і внутрішня огинають ротора мають профіль, утворений з трьох пар протилежних один одному великих і малих сегментів кіл з центрами в вершинах рівностороннього трикутника, причому довжина відрізка, утвореного між точками перетину прямої, що проходить через центри валів з обвідної профілю, незмінна при повороті ротора, що відрізняється тим, що машина забезпечена колесами-роликами, встановленими паралельно шестерням і котиться по гладким канавкам, виконаним на внутрішній поверхні ротора, а радіус коліс-роликів і шестерень менше радіуса малого сегмента внутрішньої огинаючої ротора.

2. Машина п.1, що відрізняється тим, що колеса-ролики встановлені разом з шестернями на валах або на окремих півосях, закріплених до торцевих стінок.

3. Машина п.1, що відрізняється тим, що число зубів на шестернях, принаймні, на один менше шестиразового числа зубів на малому сегменті зубчастого вінця ротора, а шестерні встановлені на валах відносно один одного так, щоб виключити зіткнення.

4. Машина п.1, що відрізняється тим, що обидва валу мають маховики і зміщені щодо миттєвих осей обертання ротора в площині, що проходить через центральні лінії компресійних пластин, встановлених на корпусі з можливістю їх заміни без демонтажу торцевих стінок.

Версія для друку
Дата публікації 16.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів