RU93464U1 - Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор - Google Patents

Abstract

1. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор, содержащий корпус цилиндрической формы с одним или несколькими впускными и одним или несколькими выпускными отверстиями, с полостью цилиндрической формы, в которую соосно помещен ротор цилиндрической формы, имеющий кольцевую рабочую камеру, образованную внутренней цилиндрической боковой стенкой корпуса и внешней боковой цилиндрической стенкой ротора, в камере расположены один или несколько выступов и один или несколько клапанов, которые во время такта рабочий ход разделяют кольцевую рабочую камеру на рабочие объемы, часть из них, расположенная между стенками клапана и выступа, по ходу его движения является объемами сжатия-выпуска для компрессора или расширения-выпуска для двигателя, часть расположенная между стенками клапана и выступа с обратной его стороны, является объемами впуска для компрессора или впуска-расширения для двигателя, на каждом клапане выполнен вырез, вырезы выполнены сопряженными с выступами, то есть вырезы и выступы выполнены с возможностью периодического совпадения при синхронном вращении роторов и клапанов, что обеспечивается связью между клапанами и роторами, образованной любым известным из уровня техники способом, отличающийся тем, что клапан имеет кольцеобразную форму с возможностью изгиба его тела в продольном направлении. ! 2. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что клапаны выполнены как замкнутая лента из гибкого материала. ! 3. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что клапаны выполнены как многозвенная замкнутая гибк

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к роторно(турбо)-порншевым насосам, компрессорам, гидроприводам и двигателям внутреннего или внешнего (паровой котел) подвода теплоты в стационарных установках или транспортных средствах.

Известны ротационные машины см. учебник для ВУЗов «Расширительные машины» К.И.Страхович и др., М. - Л. «Машиностроение» 1966 г., содержащая корпус цилиндрической формы, с одним или несколько впускных и одним или несколько выпускных отверстий, с полостью цилиндрической формы, в которую соосно помещен ротор цилиндрической формы, имеющий кольцевую рабочую камеру образованную внутренней цилиндрической боковой стенкой корпуса и внешней боковой цилиндрической стенкой ротора, в камере расположены один или несколько выступов и один или несколько клапанов, которые во время такта рабочий ход разделяют кольцевую рабочую камеру на рабочие объемы, часть из них, расположенная между стенками клапана и выступа по ходу его движения являются объемами сжатия-выпуска для компрессора или расширения-выпуска для двигателя, часть расположенная между стенками клапана и выступа, с обратной его стороны, является объемами впуска для компрессора или впуска-расширения для двигателя, на каждом клапане выполнен вырез, вырезы выполнены сопряженными с выступами, то есть вырезы и выступы выполнены с возможностью периодического совпадения при синхронном вращении роторов и клапанов, что обеспечивается связью между клапанами и роторами, Недостатки этой машины: размещение клапана цилиндрической формы, большого объема и массы сбоку ротора, что значительно увеличивает массогабариты и усложняет ее конструкцию и эксплуатацию.

Наиболее близким техническим решением по конструктивному выполнению и достигнутому результату - сбалансированности узлов, уменьшению массогабаритов, является патент на изобретение Ивлева С.А. от 03.04.2007 г.№2336427. В нем роторный двигатель содержащий корпус с полостью цилиндрической формы, в котором выполнены впускное, выпускное отверстия, ротор цилиндрической формы имеет два паза, выполненные один против другого на внешней поверхности, с возможностью размещения в каждом из них поршня качения месяцеобразной формы, на внутренней поверхности корпуса диаметрально расположены два разделительных выступа для формирования герметичных объемов всасывания и рабочего объема. Размещение клапанов, выполняющих функцию поршней, в пазах ротора машины, а не на корпусе сокращает ее общие габариты. Недостатком конструкции являются большие массогабариты поршней (клапанов) качения месяцеобразной формы. Это приводит к значительному утяжелению ротационной машины и значительному сокращению рабочего объема кольцевой камеры, что в целом уменьшает КПД и увеличивает технологическую сложность изготовления и эксплуатации ротационной машины.

Задачей заявляемой полезной модели является, уменьшение габаритов и веса двигателя или компрессора, увеличение рабочего объема кольцевой рабочей камеры, путем замены цилиндрических клапанов на более легкие и компактные кольцеобразные детали: плоские ленточные синхронизаторы и шкивы. За счет уменьшения размеров части клапанов, находящихся в рабочем объеме кольцевой камеры увеличивается ее полезный объем, что дает возможность создать многоступенчатый ротационный двигатель или компрессор, где ступени сжатия или расширения рабочего тела образуются за счет последовательного объединения рабочих объемов в одной кольцевой камеры. Применение многоступенчатого расширения или сжатия рабочего тела повысит КПД и экономичность ротационного двигателя или компрессора без существенных увеличений его массогабаритов.

Поставленная задача решается тем, что клапан 8 имеет кольцеобразную форму, с возможностью изгиба его тела в продольном направлении. Клапана 8 выполнены как замкнутые ленты из гибкого материала. Клапана 8 выполнены как многозвенные замкнутые гибкие ленты. Клапана 8 армированы в поперечном сечении жесткими элементами. На выступах 7 расположены одно или несколько сопел 14, создающих рабочий вращающий момент, с возможностью истечения из них рабочего тела. Клапана 8 расположены с возможностью вращения на цилиндрических и, или кольцеобразных направляющих 13 расположенных в теле корпуса и в кольцевой рабочей камере 6. Клапана 8 расположены с возможностью вращения на цилиндрических и, или кольцеобразных направляющих 13 расположенных в теле ротора 4 и в кольцевой рабочей камере 6. Цилиндрическая направляющая 13, расположенная хотя бы частично в кольцевой рабочей камере 6 имеет кольцеобразный вырез по периметру боковой поверхности, с которым периодически совпадает выступ 7 после такта рабочий ход. Хотя бы часть цилиндрических и, или кольцеобразных направляющих 13 расположенных и имеющих возможность вращаться в теле ротора 4 или корпуса 1 сопряжены своими торцевыми поверхностями с наружными торцевыми поверхностями рабочей камеры 6. Кольцевая рабочая камера 6 содержит одну или несколько групп рабочих органов состоящих из одного клапана 8 и двух или более выступов 7а, 7б и более, трех или более рабочих объемов 6а, 6б, 6в и более, образованных во время тактов рабочий ход обращенными друг к другу стенками клапанов 8 и выступов 7 и рабочими объемами образованными обращенными друг к другу стенками выступов 7. Многоступенчатый двигатель, или компрессор содержит дополнительные теплообменники (на чертежах не указаны), рабочие объемы 6а, 6б, 6в и более содержат дополнительные входные и выходные отверстия (на чертежах не указаны) и переключаемые связи от рабочих объемов к дополнительным теплообменникам (на чертежах не указаны). Рабочие объемы 6а, 6б, 6в и более, находящиеся между образованными обращенными друг к другу стенками выступов 7 являются источником рабочего тела для рабочего объема впуска-расширения для турбопоршневого многоступенчатого двигателя. Рабочие объемы, находящиеся между образованными обращенными друг к другу стенками выступов 7 являются источником рабочего тела для рабочего объема сжатия-выпуска для компрессора.

Сущность изобретения поясняется схематическими чертежами, где:

- на фиг.1. представлен горизонтальный разрез трехступенчатой ротационной машины с двумя клапанами, расположенными на роторе и шести выступах на корпусе.

- на фиг.2. представлен вертикальный разрез трехступенчатой ротационной машины с двумя клапанами, расположенными на роторе и шести выступах корпусе.

- на фиг.3. представлен горизонтальный разрез двухступенчатой ротационной машины с одним клапаном расположенным на роторе и двух выступах на корпусе.

- на фиг.4. представлен горизонтальный разрез четырехступенчатой ротационной машины с одним клапаном расположенным на корпусе и четырех выступах на роторе.

На фиг.1. представлен горизонтальный разрез трехступенчатого двигателя с двумя клапанами, расположенными на роторе и шести выступах на корпусе. Клапана 8а и 8б, расположенные в теле ротора 4, вращаются на шкивах 13, расположенных в теле ротора 4, часть из них распложена над и под кольцевой камерой 6. Впускные отверстия 2 расположены с торца корпуса 1, выпускные 3 расположены на цилиндрической части корпуса. На фиг.2 изображен горизонтальный разрез, здесь дополнительно изображены уплотнение между торцевыми частями ротора 4 и корпуса 1, перфорация 15 на внутренней стороне гибкого кольцеобразного клапана 8. Любой из шкивов 13 может быть ведущим и синхронизировать вращение ротора 4 и клапанов 8. Распределительное устройство, находящееся вне корпуса машины не изображено. Клапана 8 с вырезом 9 перемещаются по вращающимся цилиндрическим шкивам 13. Шкив 13а выполнен из двух цилиндров расположенных в роторе 4 сверху и снизу кольцевой камеры и торцами сопряжен с ее торцевыми стенками. На фиг.1 и 2 изображен момент прохождения выступов 7а и 7г под врезами 9а и 9б клапанов 8а и 8б. После выхода выступов 7а и 7г из под вырезов 9а и 9б клапанов 8а и 8б части рабочих объемов кольцевой камеры 6а и 6г будут разделены на рабочие объемы сжатия-выпуска или расширения-выпуска и впуска или впуска-расширения.

На фиг.3. представлен горизонтальный разрез двухступенчатого двигателя с одним клапаном 8, расположенным в роторе 4 на двух шкивах 13а и 13б, последний из которых расположен частично в кольцевой рабочей камере 6 имеет кольцеобразный вырез по периметру боковой поверхности, через который может пройти выступ 7 после такта рабочий ход. На фиг.4. представлен горизонтальный разрез четырехступенчатой ротационной машины с одним клапаном 8, расположенным на корпусе 1 и четырех выступах 7 на роторе 4 и пяти и объемах для двигателя: рабочего расширения-впуска 6а, промежуточные объемы 6б, 6в, 6г и объем расширения-выпуска 6д. Сопла 14а, 14б, 14в, 14г, создают рабочий вращающийся момент через связь 17 выполненную в корпусе 1 являющимся корпусом многопроходного дискового клапана, сопряженным с торцом ротора 4, являющимся золотником этого клапана. Связи 12а, 12б, 12в, 12г соединяют отдельные объемы рабочих камер с многопроходным однооборотным дисковым клапаном, седло которого располагается в корпусе 1, золотником является сопряженная с ним поверхность ротора 4. Клапан 8 с вырезом 9 передвигается по направляющим 13а и линейным роликовым подшипникам качения 18 находятся в корпусе 1, направляющие 13б, 13в, 13г находятся снаружи корпуса. Выпускное отверстие 3а и впускное 2а связывают ротационную машину с внешним источником и потребителем рабочего тела. Вырезы в роторе 12а-12г соединяют промежуточные объемы с многопроходным однооборотным дисковым клапаном, седло которого располагается в корпусе 1, золотником является сопряженная с ним поверхность ротора 4. Работу варианта двигателя рассмотрим на примере ее исполнения приведенной на фиг.4. В начале рабочего цикла во время такта рабочий ход 1 рабочее тело поступает в рабочий объем впуска-расширения расположенный между расходящимися стенками клапана 8 и выступа 7а вышедшего из под выреза 9 из внешнего источника рабочего тела через дуговое выпускное отверстие 2, выполненное в торцевой части корпуса 1, являющимся седлом золотникового клапана распределительного устройства (на чертеже не указано). Во время такта рабочий ход 2 рабочее тело поступает в рабочий объем впуска расширения расположенный между расходящимися стенками клапана 8 и выступа 7б, вышедшего из под выреза 9 клапана 8 из промежуточного объема расположенного между соседними стенками выступов 7а и 7б, при этом связь с внешним источником рабочего тела разорвана. Длина дугового впускного отверстия определяет длительность впуска рабочего тела от внешнего источника. Во время такта рабочий ход 3 рабочее тело поступает в рабочий объем впуска расширения расположенный между расходящимися стенками клапана 8 и выступа 7в, вышедшего из под выреза 9 клапана 8 из промежуточного объема расположенного между соседними стенками выступов 7а, 7б и 7в, при этом связь с внешним источником рабочего тела разорвана. Из рабочего объема расположенного между сходящимися стенками клапана 8 и ближайшего к нему выступа 7 рабочее тело выходит через выпускное отверстие 3, при этом разрывается связь объема расширения-выпуска с промежуточными объемами, при последующем рабочем такте ставшим первым в следующем цикле в бывший промежуточный объем входит клапан и делит его на рабочие объемы впуска-расширения и расширения-выпуска, объем впуска-расширения соединяется с внешним источником рабочего тела, цикл повторяется.

Экономическая эффективность заявляемой полезной модели определяется увеличением рабочего объема кольцевой рабочей камеры, путем замены цилиндрических клапанов имеющие большие габариты на более легкие и компактные детали: плоские ленточные синхронизаторы и шкивы. За счет уменьшения размеров части клапанов, находящихся в рабочем объеме кольцевой камеры, можно увеличить полезный ход рабочих органов. На фиг.4. изображен вариант исполнения двигателя с полезной длиной камеры более 80%. Увеличенный ход рабочих органов позволяет создать в ней кроме рабочих объемов сжатия-выпуска или расширения-выпуска и впуска или впуска-расширения, дополнительные промежуточные объемы для многоступенчатого расширения или сжатия рабочего тела в одной кольцевой рабочей камере, что невозможно сделать в машинах с линейным возвратно поступательным ходом рабочих органов и трудно реализуемо в роторных машинах с цилиндрическим клапаном. Это повысит КПД и экономичность ротационной машины без существенных увеличений ее массы и габаритов.

Claims (13)

1. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор, содержащий корпус цилиндрической формы с одним или несколькими впускными и одним или несколькими выпускными отверстиями, с полостью цилиндрической формы, в которую соосно помещен ротор цилиндрической формы, имеющий кольцевую рабочую камеру, образованную внутренней цилиндрической боковой стенкой корпуса и внешней боковой цилиндрической стенкой ротора, в камере расположены один или несколько выступов и один или несколько клапанов, которые во время такта рабочий ход разделяют кольцевую рабочую камеру на рабочие объемы, часть из них, расположенная между стенками клапана и выступа, по ходу его движения является объемами сжатия-выпуска для компрессора или расширения-выпуска для двигателя, часть расположенная между стенками клапана и выступа с обратной его стороны, является объемами впуска для компрессора или впуска-расширения для двигателя, на каждом клапане выполнен вырез, вырезы выполнены сопряженными с выступами, то есть вырезы и выступы выполнены с возможностью периодического совпадения при синхронном вращении роторов и клапанов, что обеспечивается связью между клапанами и роторами, образованной любым известным из уровня техники способом, отличающийся тем, что клапан имеет кольцеобразную форму с возможностью изгиба его тела в продольном направлении.

2. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что клапаны выполнены как замкнутая лента из гибкого материала.

3. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что клапаны выполнены как многозвенная замкнутая гибкая лента.

4. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по пп.1-3, отличающийся тем, что клапаны армированы в поперечном сечении жесткими элементами.

5. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что на выступах расположены одно или несколько сопел, создающих рабочий вращающий момент, с возможностью истечения из них рабочего тела.

6. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что клапаны расположены с возможностью вращения на цилиндрических и/или кольцеобразных направляющих, расположенных в теле корпуса и в кольцевой рабочей камере.

7. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что клапаны расположены с возможностью вращения на цилиндрических и/или кольцеобразных направляющих, расположенных в теле ротора и в кольцевой рабочей камере.

8. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по пп.1, 6, 7, отличающийся тем, что цилиндрическая направляющая, расположенная хотя бы частично в кольцевой рабочей камере, имеет кольцеобразный вырез по периметру боковой поверхности, с которым периодически совпадает выступ после такта рабочий ход.

9. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор, по п.1, отличающийся тем, что хотя бы часть цилиндрических и/или кольцеобразных направляющих, расположенных и имеющих возможность вращаться в теле ротора или корпуса, сопряжены своими торцевыми поверхностями с наружными торцевыми поверхностями рабочей камеры.

10. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по п.1, отличающийся тем, что кольцевая рабочая камера содержит одну или несколько групп рабочих органов, состоящих из одного клапана и двух или более выступов, трех или более рабочих объемов, образованных во время тактов рабочий ход обращенными друг к другу стенками клапанов и выступов и рабочими объемами, образованными обращенными друг к другу стенками выступов.

11. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по пп.1, 10, отличающийся тем, что содержит дополнительные теплообменники, рабочие объемы содержат дополнительные входные и выходные отверстия и переключаемые связи от рабочих объемов к дополнительным теплообменникам.

12. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по пп.1, 10, отличающийся тем, что рабочие объемы, находящиеся между образованными обращенными друг к другу стенками выступов, являются источником рабочего тела для рабочего объема впуска-расширения для турбопоршневого многоступенчатого двигателя.

13. Турбопоршневой многоступенчатый двигатель или компрессор по пп.1, 10, отличающийся тем, что рабочие объемы, находящиеся между образованными обращенными друг к другу стенками выступов, являются источником рабочего тела для рабочего объема сжатия-выпуска для компрессоров.