двухтактная роторная лопастно-редукторная машина

изобретение относится к отрасли машиностроения, а именно к роторным двигателям или турбинам, преобразующим енергию сжатой жидкости или газов в механическую енергию.

в качестве прототипа принято роторный лопастно-редукторный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из статора, двух соосных роторов с двумя лопастями на каждом и редуктора, состоящего из главного вала, валов роторов и вала вспомагательного устройства, на которых установлены комбинированные диски, внешние контуры которых имеют форму сопряженных выпуклых и вогнутых дуг, представляющих собой гладкую рабочую поверхность, изготовленные с возможностью взаимодействия по принципу кулачковых механизмов и обеспечивающие кинематическую связь комбинированных дисков валов роторов с комбинированными дисками главного вала и комбинированными дисками вспомагательного устройства (патент украины N° 74755, опубликованный 16.01.2006 г., международная заявка Jte PCT/UA/2005/000044 от 07 октября 2005 (07.10.2005), заявители - самко и.A., самко си.).

недостатком прототипа является ограниченность сферы его применения лишь в качестве двигателя внутреннего сгорания. вместе с тем существует потребность повышения коеффициентов полезного действия машин, в которых используются внешние источники энергии, то есть обеспечивается преобразование в механическую енергию силы давления жидкости или газов (турбины, пневмо двигатели и др.).

задачей изобретения является совершенствование конструкции роторного лопастно-редукторного двигателя внутреннего сгорания таким образом, чтобы преобразование в механическую енергию силы давления жидкости или газов, поступающих от внешнего источника энергии, осуществлялось с коеффициентом полезного действия не ниже 85-90 %.

решение поставленной задачи достигается тем, что в роторный лопастно-редукторный двигатель, состоящий из статора, двух соосных роторов с двумя лопастями на каждом и редуктора, состоящего из главного вала, валов роторов и вала вспомагательного устройства, на которых установлены комбинированные диски, внешние контуры которых имеют форму сопряженных выпуклых и вогнутых дуг, представляющих собой гладкую рабочую поверхность, изготовленные с возможностью взаимодействия по принципу кулачковых механизмов и обеспечивающие кинематическую связь комбинированных дисков валов роторов с комбинированными дисками главного вала и комбинированными дисками вспомагательного устройства, вводятся дополнительные впускные и выпускные отверствия статора,

изготовленные с возможностью формирования, разграничения и одновременного функционирования двух пар впускных и выпускных камер, благодаря взаимному расположению лопастей роторов внутри робочего цилиндра статора, что обеспечивает работу машины в двойном двухтактном режиме, при условии систематической подачи робочего тела от внешнего источника енергии.

устройство и принцип работы двухтактной роторной лопастно- редукторной машины показано на схемах (фиг. 1 и 2), на которых изображено основные элементы статора и роторов (фиг. 1), четыре из восьми фаз взаимного расположения лопастей в течение одного полного оборота валов роторов (фиг. 2). поочередное движение двух соосных роторов обусловливается воздействием на их лопасти силы давления рабочего тела, подаваемого от внешнего источника енергии, а изменение скорости вращения определяется взаимодействием валов и дисков специального управляющего редуктора. лопасти и валы роторов вращаються вокруг неподвижной оси в одном направлении (на приведенной схеме - по часовой стрелке) с переменной скоростью, каждая из которых поочерёдно изменяется от минимальной к максимальной и наоборот дважды за полный оборот валов из смещением их по фазе одна относительно другой на 90 градусов.

на схемах использовано следующие условные обозначения элементов и зон двухтактной роторной машины:

1, 3 - лопасти первого ротора, установленные жёстко на валу 5; 2, 4 - лопасти второго ротора, установленные жёстко на валу 6; 5, 6 - валы соответственно первого и второго роторов, кыждый из которых установлено в корпусе редуктора на отдельных подшипниках (не показано), на которых жёстко установлены по два комбинированных диска под углом 90 градусов один относительно другого (соответственно 21 и 27, 22 и 28), из которых по одному (21 и 22) - для обеспечения взаимодействия из соответствующими дисками (23 и 24) главного вала (19), а два других (27 и 28) - с комбинированными дисками (соответственно 25 и 26) вспомагательного устройства (20);

7, 9 - впускные отверствия, предназначенные для впуска рабочего тела (жидкости или газов) от внешнего источника энергии; 8, 10 - выпускные отверствия, предназначенные для отвода отработанного рабочего тела (жидкости или газов);

11, 13 - впускные камеры - зоны высокого давления; 12, 14 - выпускные камеры — зоны низкого давления; 15 - внутренняя цилиндрическая рабочая поверхность статора двигателя или турбины.

на ряду со статором и роторами следующим важнейшим конструктивным узлом предлагаемой машины является специальный управляющий редуктор, обеспечивающий преобразование переменной угловой скорости вращения валов роторов в равномерную скорость

вращения главного вала. вариантов его конструкции может быть несколько. пример одного из них показано на схемах (фиг. 3- 6). следует принять во внимание, что валы роторов (5 и 6), установленные в управляющем редукторе, являются продолжением соответсвующих валов роторов, установленных в статоре машины, либо изготовляются отдельными парами узлов, кинематически связанными между собой таким образом, чтобы обеспечивалась полная синхронная передача крутящих моментов от каждого вала роторов, установленных в статоре, к соответсвующему валу редуктора, как в прямом так и в обратном направлениях. в частности, использовано следующие условные обозначения элементов редуктора:

16, 17 - пример пары взаимодействующих комбинированных дисков (фиг. 3), внешние контуры которых имеют форму сопряженных выпуклых и вогнутых дуг, представляющих собой гладкую рабочую поверхность, изготовленных с возможностью взаимодействия по принципу кулачковых механизмов и обеспечивающих необходимую кинематическую связь одних дисков и валов редуктора с другими;

5, 18 - пример пары валов редуктора, на которых устанавливаются комбинированные диски; 19 - главный вал отбора мощности машины, установленный на подшипниках в корпусе редуктора (не показано), на котором под углом 90 градусов один относительно другого жёстко установлено два управляющих комбинированных диска (23 и 24), кинематически связанных попарно с соотвествующими комбинированными дисками (21 и 22) валов роторов (5 и 6);

20 - вал вспомагательного устройства, установленный в корпусе редуктора на подшипниках (не показано), на котором жёстко под углом 90 градусов один относительно другого установлено два комбинированных диска (25 и 26), кинематически связанных попарно с соответствующими комбинированными дисками (27 и 28) валов роторов (5 и 6);

21, 27 - комбинированные диски, жёстко установленные на валу первого ротора (5) под углом 90 градусов один относительно другого, причём, первый (21) - для обеспечения взаимодействия с комбинированным диском (23) главного вала (19), а другой (27) - с комбинированным диском (25) вспомагательного устройства (20);

22, 28 - комбинированные диски, жёстко установленные на валу второго ротора (6) под углом 90 градусов один относительно другого, причём, первый (22) - для обеспечения взаимодействия с комбинированным диском (24) головного вала (19), а другой (28) - с комбинированным диском (26) вспомагательного устройства (20);

23, 24 - управляющие комбинированные диски, жёстко установленные на главном валу двигателя или турбины (19) под углом 90 градусов один относительно другого, кинематически связанные

попарно с соответствующими комбинированными дисками (21 и 22) валов роторов (5 и 6);

25, 26 - комбинированные диски вспомагательного устройства, установленные жёстко под углом 90 градусов один относительно другого на валу (20), установленном в корпусе редуктора на подщипниках (не показано), кинематически связанные попарно с соответствующими комбинированными дисками (21 и 22) валов роторов (5 и 6).

введение предложенных дополнительных впускных и выпускных отверствий статора, как необходимого и достаточного условия формирования, разграничения и одновременного функционирования двух пар впускных и выпускных камер двухтактной роторной лопастно- редукторной машины, обеспечивает следующие преимущества.

1. работу машины переведено с четырёхтактного на удвоенный двухтактный режим. причём, два такта впуска и два такта выпуска определённых порций рабочего тела происходят через впускные и выпускные отверствия соответственно в две впускные и две выпускные камеры одновременно. это обеспечивает увеличение удельного веса рабочего хода машины в два раза. 2. по сравнению с прототипом в каждый момент времени сила давления рабочего тела воздействует не на одну, а на две лопасти соответствующего вала ротора, что обеспечивает уменьшение габаритов и материалоёмкости машины при сохранении её мощности.

3. благодарая тому, что робочее тело перемещается в замкнутом объёме, создающемся внутри робочего цилиндра статора движущимися лопастями роторов, его непродуктивные потери определяются степенью неплотности прилегания движущихся элементов роторов к стенкам статора. указанные потери значительно меньше по сравнению с обычными турбинами или существующими пневмодвигателями. в результате указанных преимуществ двухтактная роторная лопастно-редукторная машина обеспечивает повышение к.п.д. до 85 - 95 %, в то время, когда обычные турбины имеют этот показатель на уровне 55-58 %. соответственно, удельный расход энергии, подаваемой к машине от внешнего источника, уменьшается в 1,4 - 1,7 раза по сравнению с традиционными, а удельная материалоёмкость - на 25-30 %. повышается надежность и долговечность эксплуатации машины.

конкретная конструкция предложенной двухтактной роторной машины может избираться производителем в зависимости от уровня технологии, заданной мощности и назначения. при этом соосные двухлопастные роторы могут располагаться как один возле другого вдоль единой оси в робочем цилиндре блока, так и один вал ротора внутри другого при общей оси их вращения. при этом одна пара лопастей устанавливается на внешней стороне внутреннего цилиндра, а вторая - на внутренней стороне внешнего цилиндра таким образом,

чтобы все лопасти вращались по одной траектории. может также изменяться место расположения управляющего редуктора как в одном блоке с роторами так и отдельным устройством, что предполагает соответствующий механизм его крепления и передачи крутящих моментов от роторов к валам и дискам, разные варианты подачи и отвода рабочего тела, уплотнения движущихся элементов, обеспечения необходимого уровня компрессии в рабочих камерах машины.