Роторный двигатель

(51)02 53/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Тишевич Владимир Эдуардович(72) Автор Тишевич Владимир Эдуардович(73) Патентообладатель Тишевич Владимир Эдуардович(57) Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором выполнены цилиндрические полости нагнетателя и рабочей ступени, вал, на котором установлены в полости нагнетателя ротор с закрепленными на нем лопатками и планшайба, в полости рабочей ступени рабочий ротор, между ротором нагнетателя и рабочим ротором диск и размещенный за полостью рабочей ступени отжимной ротор, камеры сгорания и каналы подачи топливо-воздушной смеси, при этом в стенках полостей нагнетателя и рабочей ступени выполнены гнезда, в которых закреплены на осях подвижные лопатки, причем оси подвижных лопаток, установленных в полости рабочей ступени, связаны с рычагами отжимного ротора, отличающийся тем, что на внешней поверхности рабочего ротора и на боковой поверхности полости рабочей ступени выполнены кольцевые проточки, имеющие в сечении полукруг и образующие кольцевую полость в виде замкнутого цилиндра, в которой расположены рабочие поршни, закрепленные на рабочем роторе, при этом подвижные лопатки полости нагнетания делят ее на сектора, а подвижные лопатки полости рабочей ступени делят ее кольцевую полость на сектора, подобные закрытым цилиндрам, с возможностью обеспечения безударного прохода лопаток нагнетателя и рабочих поршней, на лопатках рабочей ступени выполнены опорные площадки для установки на упоры корпуса, а на поверхностях кольцевого соприкосновения корпуса и рабочего ротора выполнено гребешковое уплотнение. 7491 1 2005.12.30 Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, но может использоваться для создания пневмодвигателей, ветряных двигателей,паровых и гидротурбин, авиационных турбовинтовых двигателей, насосов высокого и низкого давления, вакуумных насосов. Так имеется роторный двигатель 1, близкий по технической сути к предложенному он содержит корпус с роторной полостью, в которой расположен ротор-статор, закрепленный на валу и имеющий криволинейную форму. В боковой поверхности внутренней полости статора выполнены клапанные выемки, в которых установлены силовые клапана и размещены камеры сгорания. Основным недостатком прототипа является отсутствие достаточного сжатия топливно-воздушной смеси, падение рабочего давления из-за прорыва части газов под силовые клапана, до момента их упора в поверхности ротора, а в дальнейшем рабочее давление будет прижимать силовые клапана к поверхности ротора, и,двигатель будет работать как тормоз. Имеется также роторный двигатель 2, состоящий из разборного корпуса, имеющий роторную полость, в которой размещен ротор, закрепленный на валу, представляющий из себя диск, суцельно выполненный с тремя поршнями, в верхней части боковины корпуса выполнена выемка, в которой на оси закреплена запорная заслонка, над выемкой на корпусе закреплен клапан через рычаг и штангу, связанный с кулачком, закрепленным на валу. В двигателе имеются свеча и каналы подачи топлива и отвода отработанных газов. Недостатком данного двигателя является то, что при отжатии запорной заслонки давление за и перед поршнем выравнивается и работа отсутствует, т.е. возникает ситуация,когда взяли бы просто корпус и разместили в нем ротор с тремя поршнями, а также сложность конструкции (сложно изготовить суцельным диск и три поршня, да еще выполнить на диске проточку между поршнями). Также имеется роторный двигатель 3, содержащий неподвижный полый корпус с кольцеобразным цилиндром и выпускными отверстиями, разделенными заслонками, поворотными рычагами управления заслонками и пазами для них, в полости которого установлен дисковый ротор с поршнями, их днищами и выходным валом. Недостатком данного двигателя является то, что поршень при попадании в плоскость оси поворотного рычага не сможет отжать заслонку и двигатель заклинит, т.е. это все равно, что закрыть дверь, прилагая усилия в районе ее завесов. И даже если заслонка будет отжата, давление и за и перед поршнем выравнивается и работа отсутствует. Также имеется роторный двигатель 4, состоящий из корпуса, в рабочей полости которого размещено рабочее колесо, на торцевых поверхностях которого выполнено уплотнение в виде лабиринта из кольцевых гребешков и канавок, со стороны ответных поверхностей корпуса в канавки обращены гребешки корпуса с радиальными пропилами. Недостатком такого гребешкового уплотнения является то, что оно не может быть применено в соприкасаемых кольцевых поверхностях, а применение радиальных пропилов будет в этом случае способствовать прорыву газов из рабочего кольцевого пространства. Цель изобретения создание такой конструктивной схемы роторного двигателя, которая обеспечивает его надежную работу без больших сил трения и падения мощности от износа рабочих органов при достаточно малом весе и простоте конструкции. Это достигается тем, что на внешней поверхности рабочего ротора и на боковой поверхности полости рабочей ступени выполнены кольцевые проточки, имеющие в сечении полукруг и образующие кольцевую полость в виде замкнутого цилиндра, имеющего в сечении круг, что позволяет закрепить на роторе поршни с кольцами в сборе. Применение ротора цилиндрической формы обеспечивает постановку подвижных лопаток своими площадками на упоры корпуса, что исключает возможность их прижатия к поверхности ротора давлением рабочего тела, а также тем, что замкнутое кольцевое пространство подвижными лопатками разбито на сектора, подобные закрытым цилиндрам, при этом на каждые два поршня должен быть еще один резервный не занятый поршнем закрытый ци 2 7491 1 2005.12.30 линдр (сектор), что обеспечивает в момент отжатия подвижной лопатки в гнездо нахождение обоих поршней в закрытых цилиндрах, с двух сторон ограниченных подвижными лопатками, что обеспечивает давление перед обоими поршнями и отсутствие его за ними,т.е. стабильную работу. При этом подвижные лопатки конструктивно обеспечивают безударный проход лопаток и поршней в замкнутом кольцевом пространстве. Применение гребешкового уплотнения на кольцевых поверхностях соприкосновения корпуса и ротора исключает прорыв газов из рабочего кольцевого пространства. Применение отжимного ротора и рычагов отжимного ротора, имеющих общие оси с подвижными лопатками рабочей ступени, обеспечивает безударный проход поршней по всему замкнутому кольцевому цилиндру. Сопоставимый анализ признаков, при сравнении с прототипом, позволяет сделать вывод о том, что предполагаемый двигатель имеет существенное отличие во взаимодействии, конструкции и расположении рабочих органов, таким образом предложенный двигатель соответствует критерию новизна. Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии у них признаков, имеющих все присущие ему связи и свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию существенные отличия. На фиг. 1 показан роторный двигатель (продольный разрез) На фиг. 2 - то же, поперечный разрез нагнетателя (вид А-А) На фиг. 3 - то же, поперечный разрез рабочей ступени (вид Б-Б). Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 1, в котором выполнены цилиндрические полости нагнетателя и рабочей ступени, вал 3, на котором установлены в полости нагнетателя ротор 4 с закрепленными на нем лопатками 16 и планшайба 2, в полости рабочей ступени ротора 9 и на внешней поверхности ротора 9, и на боковой поверхности полости ротора рабочей ступени выполнены кольцевые проточки, имеющие в сечении полукруг и образующие кольцевую полость в виде замкнутого цилиндра, в которой расположены рабочие поршни 11 с помощью пальцев 15, между ротором нагнетателя 4 и рабочим ротором 9 закреплен на валу 3 диск 6 и размещенный за полостью рабочей ступени отжимной ротор 13, взаимодействующий с рычагами 14, которые связаны с осями подвижных лопаток 10 рабочей ступени, камеры сгорания 8 и каналы подачи топливно-воздушной смеси 7, связанные с окнами вспрыска 18, при этом в стенках полостей нагнетателя и рабочей ступени выполнены гнезда 20, в которых закреплены на осях подвижные лопатки 5 и 10, причем подвижные лопатки 5 нагнетателя делят кольцевую полость на сектора, а подвижные лопатки 10 полости рабочей ступени делят ее на сектора, подобные закрытым цилиндрам, с возможностью обеспечения безударного прохода поршней 11 и лопаток нагнетателя 16, на лопатках 10 рабочей ступени выполнены опорные площадки 21 для установки на упоры 22 корпуса 1, и то, что ротор 9 рабочей ступени имеет цилиндрическую форму,дает возможность выбирать постоянно минимальный зазор между концами подвижных лопаток 10 и поверхностью ротора 9 для снижения сил трения, разбивка замкнутого цилиндра рабочей ступени подвижными лопатками 10 на сектора, подобные закрытым цилиндрам, и когда на два поршня 11 есть еще один резервный закрытый цилиндр, не занятый поршнем 11, обеспечивает постоянное нахождение поршней 11 в секторах, ограниченных подвижными лопатками 10, даже когда подвижная лопатка 10 утоплена в гнездо 20, а это значит,что рабочее давление будет всегда перед поршнем 11 и отсутствовать за ним, также на поверхностях кольцевого соприкосновения корпуса 1 и рабочего ротора 9 выполнено гребешковое уплотнение 17, в боковой стенке полости рабочей ступени выполнены окна выпуска отработанного рабочего тела 19, а также имеются свечи зажигания. Подвижные лопатки рабочей ступени в опущенном состоянии, т.е. перекрывающими канал вращения могут удерживаться как пружинами, так и подводом в гнездо над ними рабочего тела. Теоретически рабочих лопаток нагнетателя и поршней рабочей ступени, а также подвесных лопаток можно поставить неограниченное количество, все определяется габаритами,3 7491 1 2005.12.30 заданной мощностью и ритмичностью работы двигателя. Для простоты объяснения на фиг. 2 и 3 их показано минимальное количество по две лопатки нагнетателя, по два поршня и по три подвижные лопатки. Особое значение имеет то обстоятельство, что рабочие кольцевые полости нагнетателя и рабочей ступени подвижными лопатками делятся на сектора, подобные закрытым цилиндрам, куда свободно и безударно попадают лопатки нагнетателя и поршни рабочей ступени, выполняя работу, аналогичную работе в цилиндре поршневого двигателя, при этом каждая лопатка нагнетателя одновременно выполняет два цикла - всасывания и сжатия, а поршни в рабочей ступени, соответственно рабочий ход и выхлоп. Роторный двигатель работает следующим образом. При вращении вала 3 одновременно начинается вращение всех закрепленных на нем деталей. При вращении ротора нагнетателя 4 его лопатки 16 отжимают подвижные лопатки 5, в момент отжатия не удерживаемые планшайбой 2, поочередно попадая в соответствующий сектор кольцевой рабочей полости нагнетателя. Подвижная лопатка 5 после прохода лопатки ротора 16 отжимается назад планшайбой 2 и перекрывает рабочую кольцевую полость. После прохождения и открытия лопатками ротора 16 окон впрыска 18 и подачи топлива, за ней создания разряжения, проходит всасывание топливо-воздушной смеси. В последующем каждая лопатка ротора нагнетателя 16 производит сразу два рабочих цикла - всасывания сразу за собой и сжатия топливо-воздушной смеси пред собой. При этом, та подвижная лопатка 5, к которой, сжимая топливо-воздушную смесь, движется лопатка ротора 16, отжата в кольцевое рабочее пространство и удерживается планшайбой 2, чтобы давление сжимаемой смеси не отбросило ее в гнездо. При этом диск 6 перекрывает канал 7 сообщения полостей нагнетателя с камерой сгорания 8. Одновременно с вращением ротора 4 нагнетателя начинает вращаться ротор 9 рабочей ступени, его поршни движутся по рабочей кольцевой полости,при этом отжимной ротор 13, вращаясь синхронно с ротором 9 рабочей ступени, отжимает рычаги 14, жестко через оси 12 связанные с подвижными лопатками 10 рабочей ступени,тем самым обеспечивая безударное вращение ротора 9 с поршнями 11, так как при отжатии рычагов 14 отжимаются подвижные лопатки 10 в гнезда 20. Топливо-воздушная смесь выдавливается в камеру сгорания 8 до момента соприкосновения лопатки 16 ротора нагнетателя с подвижной лопаткой 5 нагнетателя, при этом планшайба 2 перестает удерживать последнюю в отжатом состоянии и лопатка 16 ротора нагнетателя отжимает подвижную лопатку 5 в гнезда и частично в полость планшайбы 2,обеспечивая себе безударное движение. Диск 6 перекрывает канал 7, сжатая топливо-воздушная смесь дежурит в камере сгорания 8. В это время ротор 9 рабочей ступени синхронно вращается с отжимным ротором 13, который освобождает рычаг 14, и он опустится совместно с подвижной лопаткой 10 рабочей ступени, при этом подвижная лопатка 10 своей упорной площадкой 21 станет на упор 22 корпуса 1, выбрав минимальный зазор у поверхности ротора 9 рабочей ступени. После постановки подвижной лопатки 10 на упор корпуса в камере сгорания 8 происходит воспламенение топливо-воздушной смеси. Газы от сгорания топлива попадают в зазор между подвижной лопаткой 10 и поршнем 11, заставляя последний двигаться в кольцевом пространстве. При прохождении и открытии поршнем 11 окна выхлопа 19 происходит выброс отработанного рабочего тела. В последующем все рабочие циклы для каждой лопатки нагнетателя и поршней рабочей ступени повторяются. Предложенная конструктивная схема основана на разбивке внутренней кольцевой рабочей полости подвижными лопатками на сектора, подобные закрытым цилиндрам, с обеспечением свободного и безударного доступа в них рабочих органов. Может найти широкое применение в других роторных машинах. Так нагнетатель предлагаемого двигателя может работать как компрессор или как высокопроизводительный насос. Рабочая ступень может выполнять функции пневмодвигателя, а собранная в секции из нескольких единиц может использоваться как гидродвигатель или паровая турбина. При этом обеспечивается целевая дозированная подача рабочего тела, только в расчетном объеме, необхо 4 7491 1 2005.12.30 димом для работы непосредственно на каждую лопатку, что делает роторные машины более экономичными, более рациональными в использовании рабочего тела. Основным достоинством предложенного двигателя является простота конструкции,малые габариты, унификация большинства деталей, что упрощает изготовление и эксплуатацию. Источники информации 1.3913534, 1975. 2.377877, 1932. 3.2042037 1, 1995. 4.2126485 1, 1999. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5