Роторно-лопастной двигатель

Роторно-лопастной двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к роторным двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известны роторно-лопастные двигатели с уплотняющими лопатками (см. Е.И. Акатов и др. Судовые роторные двигатели. Судостроение, Ленинград, 1967, с.29, рис.5). Значительные знакопеременные инерционные нагрузки от масс лопастей и уплотняющих элементов в этих двигателях вызывают повышенные износы, наклепы поверхности корпуса, усиленную вибрацию и обуславливают низкую окружную скорость ротора, большие механические потери и недолговечность работы.

В качестве прототипа принят двигатель (DE 523979 A, 30.04.1931, F 04 C 2/352), имеющий разделительные пластины, снабженные цапфами, опирающимися на подшипники, помещенные в кольцевых расточках боковых крышек. Такое исполнение машины позволяет устранить нагрузки от лопастей на корпус, но высокая скорость вращения роликов, большие нагрузки на них от сил инерции масс лопастей и трение при скольжении лопастей по боковым поверхностям пазов ротора приводят к большим механическим потерям и недолговечности работы машины.

Известные роторные ДВС имеют прерывистое зажигание искровыми свечами или прерывистым впрыском топлива через форсунки. Эти устройства относительно сложны и ненадежны.

Кроме того, у известных роторно-лопастных ДВС впускные и выпускные окна расположены на одинаковом расстоянии от камеры сгорания, что обуславливает одинаковую степень сжатия и расширения.

Задачей изобретения является снижение механических потерь (работы трения) разделительных лопастей о внутреннюю поверхность корпуса и о боковые поверхности пазов ротора, а также снижение величины протечек рабочего тела через зазоры между концами разделительных лопастей, не контактирующих с внутренней поверхностью корпуса роторно-лопастных двигателей.

Кроме того, задачей изобретения роторно-лопастного ДВС является обеспечение благоприятных условий для термодинамических процессов.

Эти задачи решаются тем, что в роторно-лопастном двигателе, содержащем корпус с торцовыми крышками, сторонами сжатия и расширения, впускными и выпускными окнами, камеру сгорания, установленный эксцентрично внутренней поверхности корпуса на подшипниках ротор с пазами, в которых размещены разделительные лопасти с образованием межлопатных камер, не контактирующие с внутренней поверхностью корпуса и имеющие внешние ролики на цапфах, согласно изобретению внешние ролики лопастей размещены в кольцевых пазах колец, имеющих возможность вращения соосно с внутренней поверхностью корпуса, установленных, например, на подшипниках качения на шипах торцовых крышек, а лопасти имеют внутренние ролики на цапфах, размещенные с возможностью качения в пазах ротора.

Такое решение позволяет по сравнению с прототипом резко снизить угловую скорость вращения внешних роликов, а наличие внутренних роликов уменьшает силу трения лопастей в пазах ротора, что снижает механические потери в двигателе.

Задача снижения протечек рабочего тела через зазоры между концами разделительных лопастей и внутренней поверхностью корпуса решается увеличением угловой скорости ротора и количества разделительных лопастей, что в прототипе ведёт к снижению работоспособности.

Задача обеспечения благоприятных условий для термодинамических процессов в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания решается тем, что участок корпуса на стороне сжатия выполнен охлаждаемым, а на стороне расширения и в районе камеры сгорания - теплоизолированным из жаростойкого материала. Такое решение снижает в цикле работу сжатия и уменьшает потери тепла в охлаждающую среду.

Для снижения потерь тепла с отработанными газами в двигателе впускные окна размещены на внутренней поверхности корпуса ближе к камере сгорания, чем выпускные, а стенки выпускных окон в поперечном сечении двигателя выполнены тангенциально внутренней поверхности корпуса.

Для осуществления непрерывного горения в роторно-лопастном двигателе камера сгорания соединяет несколько межлопастных камер.

На фиг. 1 изображен роторно-лопастной двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.З - поперечный разрез по Б-Б на фиг. 1.

Роторно-лопастной двигатель содержит корпус 1, ротор 2 с радиальными пазами, установленный на валу 9, лопасти 3 с внутренними 4 и внешними 5 роликами на цапфах, два кольца 6 с кольцевыми проточками для роликов 5, установленных на подшипниках 7, две торцовые крышки 8 с шипами под подшипники 7.

Корпус 1 имеет выпускной 15 и впускной 16 каналы, зону интенсивного охлаждения с отверстиями 12, камеру сгорания 14, теплоизолирующие жаростойкие щитки 13 в зоне сгорания и расширения. В камере сгорания установлены форсунка 10 и свеча пускового зажигания 11.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении ротора 2, в зависимости от угла его поворота, объемы межлопастных камер изменяются и в них протекают процессы ДВС (наполнение, сжатие, непрерывное сгорание, расширение и очистка). Крутящий момент на валу ротора появляется от тангенциальных сил давления газов на лопастях 3, обусловленных разностью выдвижения лопастей из ротора. При этом в зоне сжатия воздух в межлопастных камерах, контактируя с холодной поверхностью корпуса, частично охлаждается, а в зоне сгорания и расширения горячие газы контактируют с горячей поверхностью жаростойкого покрытия корпуса, сохраняют часть внутреннего тепла, которое используется на совершение полезной работы. До подхода межлопастных камер к выпускному каналу 15 давление в них снижается до величины, близкой к атмосферному, а в зоне канала газ из них, имея высокую окружную скорость, выбрасывается через тангенциальный канал 15 в атмосферу, очищая камеры и создавая в них разрежение для последующего заполнения камер воздухом.

Закрепление разделительных лопастей 3 к вращающимся кольцам 6 через ролики 5 и взаимодействие лопастей через ролики 4 с пазами ротора 2, а также отсутствие контакта концов лопастей 3 с внутренней поверхностью корпуса 1 значительно снижают потери на трение по сравнению с известными роторными двигателями.

Протечки газов через зазоры между концами лопастей и внутренней поверхностью корпуса не оказывают существенного влияния на работу двигателя из-за большого количества разделительных лопастей, незначительного перепада давления между смежными камерами, глубокого конечного расширения газов в двигателе и высокой частоты вращения ротора.

Таким образом, изобретение позволяет повысить термический и механический КПД роторно-лопастных двигателей и повысить надежность путем снижения сил трения в их элементах.

1. Роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус с торцовыми крышками, сторонами сжатия и расширения, впускными и выпускными окнами, камеру сгорания, установленный эксцентрично внутренней поверхности корпуса на подшипниках ротор с пазами, в которых размещены разделительные лопасти с образованием межлопастных камер, не контактирующие с внутренней поверхностью корпуса и имеющие внешние ролики на цапфах, отличающийся тем, что внешние ролики лопастей размещены в кольцевых пазах колец, имеющих возможность вращения соосно с внутренней поверхностью корпуса, установленных, например, на подшипниках качения на шипах торцовых крышек, а лопасти имеют внутренние ролики на цапфах, размещенные с возможностью качения в пазах ротора.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что участок корпуса на стороне сжатия выполнен охлаждаемым, а на стороне расширения и в районе камеры сгорания теплоизолированным из жаростойкого материала.

3. Двигатель по п. 1, отличийщаяся тем, что впускные окна размещены на внутренней поверхности корпуса ближе к камере сгорания, чем выпускные, а стенки выпускных окон выполнены тангенциально внутренней поверхности корпуса.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена в выемке корпуса так, что с ней соединяются несколько межлопастных камер для осуществления непрерывного горения.