Система торцевых уплотнений рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания

Реферат

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: система торцовых уплотнений рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания содержит установленный с каждой стороны ротора прямоугольный уплотнительный элемент из состыкованных между собой и установленных в пазах корпуса секторных и прямоугольных участков. Уплотнительный элемент состоит из нескольких слоев, а стыки секторных и прямолинейных участков смежных слоев расположены в шахматном порядке, при этом секторные участки имеют центральный угол, определяемый по формуле , где сл - толщина слоя торцового уплотнительного элемента; Rнар - наружный радиус соответствующего слоя. 6 ил.

Изобретение относится к системам уплотнений роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, а именно к системам торцовых уплотнений рабочих камер.

Известна система уплотнений рабочих объемов роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания (см. а.с. N1237780, МПК F02B 55/00 от 04.09.84), содержащая установленный с каждой стороны ротора прямоугольный уплотнительный элемент из состыкованных между собой и установленных в пазах корпуса секторных и прямолинейных участков.

Недостаток таких торцовых уплотнений заключается в том, что они не обеспечивают герметизацию рабочих камер, особенно на радиусных участках.

Торцовые уплотнительные элементы, выполненные из двух полуколец, состыкованных двумя параллельными составляющими, заклинивают в канавках в момент нажатия на них с целью прижатия их к торцам ротора и обеспечения контакта по всему контуру уплотняемого периметра.

Уплотнительные элементы как бы залегают в канавках и не доходят до торцов ротора. В результате заклинивания уплотнительного элемента в канавке отсутствует контакт уплотнительного элемента с торцами ротора. Для обеспечения контакта увеличивают усилия поджима, повышающие силы трения и снижающие механический КПД двигателя. Практически невозможно найти оптимальное усилие поджима уплотнительных элементов, а значит, обеспечить оптимальные весо-габаритные и мощностные параметры роторного двигателя. При перекосах ротора даже на угол 10'-20' возникает зазор между плоскостью ротора и уплотняющей плоскостью торцового уплотнительного элемента, т.е. выполнение торцового уплотнения в виде двух полуколец, состыкованных двумя параллельными составляющими, неэффективно из-за весьма низкой их приспособленности к возможным изменениям положения плоскости ротора.

Создание системы торцовых уплотнений рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания с обеспечением герметичности рабочих камер является задачей, на решение которой направлено изобретение.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в системе торцовых уплотнений рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащей установленный с каждой стороны ротора прямоугольный уплотнительный элемент из состыкованных между собой и установленных в пазах корпуса секторных и прямоугольных участков, уплотнительный элемент состоит из нескольких слоев, а стыки секторных и прямолинейных участков смежных слоев расположены в шахматном порядке, при этом секторные участки имеют центральный угол, определяемый по формуле где сл толщина слоя торцового уплотнительного элемента; Rнар - наружный радиус соответствующего слоя.

Выполнение секторного участка с таким углом Rнар обеспечивает возможность поджима каждого элемента с минимальным усилием, т.к. данный угол обеспечивает совмещение центра тяжести данного секторного элемента с линией действия силы.

На фиг. 1 изображен роторный двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 система торцовых уплотнительных элементов рабочей камеры в увеличенном виде, состоящая из двух слоев; на фиг. 4 то же, из трех слоев; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 4.

Роторный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с рабочей камерой 2, очерченной в продольном сечении двумя дугами окружности и двумя отрезками прямых, а в поперечном окружностью, выходной вал 3 в ротором 4, в пазах которого на лопастях 5 установлены поршни 6. Лопасти 5 снабжены роликами 7, находящимися в двухсторонней беговой дорожке 8 корпуса 1. Поршни 6 связаны с лопастями 5 при помощи шарниров 9 и снабжены боковыми стабилизаторами-вытеснителями 10 и ведущим пояском 11. В канавках, выполненных на ведущем пояске 11 поршня 6, установлены уплотнительные кольца 12 с наружной рабочей поверхностью, контактирующей с поверхностью рабочей камеры 2. Зазор между стенками ротора 4 и корпусом 1 уплотняется при помощи торцовых уплотнительных элементов 13, имеющих прямоугольное поперечное сечение и размещенных в пазах корпуса 1 по обе стороны ротора 4 для контактирования с торцовыми поверхностями последнего. Торцовые уплотнительные элементы 13 составлены из нескольких слоев, например из двух слоев (фиг. 3) или из трех слоев (фиг. 4). В каждом слое уплотнительные элементы выполнены на прямых и радиусных участках разрезными на отдельные части 14 и 15, размещенные в шахматном порядке относительно частей уплотнительных элементов соседнего слоя. На прямолинейном участке длина каждой части 14 кратна ширине Hп паза ротора 4.

Прижим всех слоев уплотнительных элементов осуществляется через пластину 16 посредством пружин 17 и 18 и винта 19. Поджимные упругие механизмы каждой части уплотнительного элемента одного слоя на прямолинейном участке размещены в центре каждой части, а на радиусном участке размещены в центре (т.C) хорды (А11), соединяющей концы дуги окружности соответствующего слоя торцового уплотнительного элемента (см. фиг. 3).

Плоскости стыков сопряжения криволинейных и прямоугольных элементов каждого слоя торцового уплотнения выполнены косыми в плоскостях, проходящих через ось вала ротора и середины каждого слоя в плоскости сопряжения цилиндрической и тороидальной рабочих поверхностей (фиг. 3 и 4) корпуса двигателя.

Длина уплотнительного элемента на прямолинейном участке уплотнительного контура равна 2e. В случае перекоса ротора или незначительного осевого смещения лопасти в зоне прямолинейного участка имеют место значительной утечки рабочего тела с обеих сторон ротора через образовавшиеся зазоры, т.е. имеет место разрыв контакта уплотнительного элемента с поверхностью ротора и лопасти. Чтобы значительно сократить утечки рабочего тела, необходимо уплотнительный элемент на прямолинейном участке выполнить в виде разрезных элементов, установленных в двух или трехслойном порядке с взаимным перекрытием стыков телом уплотнительного элемента второго и третьего слоев, т.е. получить чешуйчатого типа уплотнение, наилучшим образом приспособленное к возникающим перекосам и смещениям.

Длина элемента в первом слое L, во втором L1, в третьем слое L, сумма их длин в каждом слое равна 2e.

Часть уплотнительного элемента L и L1 на прямолинейном участке должна быть кратна ширине паза ротора Hп, т.е. Hп/L=Hп/L12, а отношение величины длины прямолинейного участка 2e к ширине паза ротора Hп больше единицы, т.е. 2e/Hп>1.

Выполнение торцового уплотнения чешуйчатым обеспечивает качественное уплотнение рабочих камер роторного двигателя и выполняет задачу сохранения рабочего заряда в камере двигателя. Предложенная конструкция торцового уплотнения на криволинейном участке контура в виде отдельных элементов, установленных в 2-х или 3-х слойном уплотнении с перекрытием стыков телом следующего соседнего в слое элемента, является уплотнением чешуйчатого типа. Величина угла сектора, рассчитанного по математическому выражению, учитывает возможные перекосы ротора и осевые смещения лопастей и обеспечивает перемещение элемента в осевом направлении без перекосов при нажатии на него экспандера с минимальным усилием "поджатия", необходимым для обеспечения надежного уплотнения. Это обеспечивается благодаря тому, что направление усилия поджатия элемента проходит через хорду А11 (фиг. 3).

В случае, если точка приложения силы уплотнительного элемента проходит вне слоя уплотнительного элемента, образуется перекашивающий момент, заклинивающий элемент в канавке. Для исключения этого возможного варианта хорда А11 не должна проходить вне слоя уплотнительного элемента, а должна всегда находиться внутри его. Криволинейный сектор контура торцового уплотнения составляет угол 180o. При определении угла a по математическому выражению отношение a должно быть кратным целому числу. В том случае если расчетная величина не будет кратна 180o, то необходимо его величину привести к ближайшему значению (7o30', 15o, 22o30', 30o и 45o). Углы 180/ секторов второго слоя торцового уплотнения, состыкованных с торцовыми уплотнениями на прямолинейных участках, составляют 0,5. Остальные секторы второго и третьего слоев имеют величину угла a первого слоя. Газообмен в двигателе осуществляется подачей топливовоздушной смеси через впускной канал 20 и отводом отработавших газов через выпускной канал 21, а воспламенение топливовоздушной смеси - свечой зажигания 22, размещенной в корпусе 1.

Предлагаемую систему торцовых уплотнений образуют следующим образом: в замковую прямоугольную канавку, выполненную по контуру, эквидистантному кривой линии, образующей рабочую поверхность, устанавливают в два, три и более слоев уплотнительные элементы 13, выполненные в каждом слое на прямых и радиусных участках разрезными на отдельные части 14 и 15, размещенные в шахматном порядке относительно частей уплотнительного элемента соседнего слоя. Таким образом, стыки соседних слоев перекрывают друг друга.

При работе двигателя и вращении вала 3 в рабочей камере 2 происходит периодическое изменение объемов полостей, заключенных между поверхностями рабочей камеры 2, ротора 4 и торцами лопасти-поршня 6, необходимое для протекания термодинамических процессов и получения полезной механической мощности на валу 3.

Каждая часть уплотнительного элемента 13 каждого слоя, перемещаясь в направлении плоскостей ротора 4 до соприкосновения с последней, индивидуально приспосабливается, обеспечивая герметизацию рабочей камеры 2. Для устранения условий, вызывающих заклинивание частей уплотнительного элемента 13 в канавках корпуса 1 на радиусных участках точка приложения силы поджатия расположена посередине хорды, соединяющей концы дуги окружности сектора соответствующего слоя торцового уплотнительного элемента 13, а на прямых участках в центре каждого участка.

Формула изобретения

Система торцевых уплотнений рабочей камеры роторного двигателя внутреннего сгорания, содержащая установленный с каждой стороны ротора прямоугольный уплотнительный элемент из состыкованных между собой и установленных в пазах корпуса секторных и прямолинейные участков, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент состоит из нескольких слоев, а стыки секторных и прямолинейных участков смежных слоев расположены в шахматном порядке, при этом секторные участки имеют центральный угол, определяемый по формуле где сл толщина слоя торцевого уплотнительного элемента; Rнар наружный радиус соответствующего слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6