Роторная машина

(51) 01 1/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2008/0810.1 09.07.2008 15.12.2010, бюл.12 Темиргали Нургали Жумагалиевич 2197641 С 1,27.01.20032197642 С 1,27.01.20031642072 А 1, 15.04.19913799713 А 1, 26.03.19742394670 А 1, 12.01.1979(57) Изобретение относится к двигателям и насосам роторного типа. Цель изобретения состоит в повышении КПД и надежности за счет расположения впускных и выпускных каналов и окон на торцевых стенках корпуса с выходом в рабочую камеру с разных сторон от места сопряжения роторов. Роторная машина состоит из корпуса 1 с впускными каналами 2 и выпускными 3 каналами, роторов 4 и 5 со взаимоогибающими профилями и постоянным местом сопряжения и кинематически связанных между собой синхронизирующей передачей 6, и, установленных на параллельных валах 7 и 8 в корпусе 1. Роторы 4 и 5 выполнены пустотелыми, имеют с корпусом и между собой бесконтактные уплотнения. Фигуры роторов 4 и 5 обладают центральной симметрией для статистической и динамической сбалансированности. Роторы,вращаясь в противоположных направлениях,позволяют использовать упрощнную синхронизующую передачу 6. Впускные и выпускные окна при вращении роторов не перекрываются. 23624 Изобретение относится к двигателям и насосам роторного типа и может быть использовано для превращения как кинетической энергии струи газа(пара) как в турбинах, так и энергии расширения газа, пара /как в поршневых двигателях внутреннего сгорания/, т.е. энергии видимого и невидимого движения газа (1), во вращательное движение рабочего органа. Как известно, поршневые двигатели обладают рядом крупных недостатков, которые снижают к.п.д. до М 0,36 для быстроходных дизелей (2). Паровые и газовые турбины применяют главным образом на крупных стационарных установках, где для повышения к.п.д. увеличивают число ступеней,что усложняет и удорожает турбину. Кроме того, в турбинах используются кинетическая энергия струи газа или пара (видимое движение), но невозможно использовать потенциальную энергию расширения газа (невидимое движение) так как к.п.д. понизится практически до нуля. Роторно-поршневые двигатели,обладая значительными преимуществами перед поршневыми двигателями,имеют низкую долговечность из-за наличия трущихся деталей. Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является роторная машина (3) содержащая корпус, внутренняя полость которого образована двумя сопряженными цилиндрическими поверхностями,торцевые крышки, профилированные роторы, поверхности каждого из которых выполнены выпуклыми и по дугам окружностей, установленные с постоянными зазором и возможностью синхронного вращения в одном направлении, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, каждый ротор снабжен по меньшей мере двумя дуговыми окнами, выполненными на торцевой поверхности, а торцевые крышки снабжены профилированными каналами подвода и отвода рабочей среды,выполненными по криволинейной траектории с возможностью их периодического сообщения с окнами ротора. Данный прототип имеет следующие недостатки Во-первых, при впуске рабочего тела через профилированные каналы возникают большие потери давления на местные сопротивления (потери на резкое сужение, завихрения из-за дугообразного профиля каналов), что в конечном итоге уменьшает КПД машины. Во-вторых, из-за эксцентричного расположения роторов, они требуют специальной (динамической и статической) балансировки, при нарушении которой возможна аварийная ситуация, а это в конечном итоге снижает надежность машины. Задачей изобретения является повышение КПД и надежности. Данная цель достигается тем, что в предлагаемом изобретении впускные и выпускные каналы и окна расположены на торцевых крышках по разные стороны от зоны сопряжения роторов, а также создана возможность непрерывной подачи и выпуска рабочей среды в попутном направлении движения лопастей роторов. Высокое механическое 2 КПД достигается отсутствием трущихся поверхностей роторов и корпуса. Роторы обладают центральной симметрией и это создает возможность работы при любом числе оборотов без вибраций, а также создана возможность получения постоянного крутящего момента даже при отсутствии движения роторов вследствие того, что рабочие поверхности,создающие вращательный эффект, воспринимают давление рабочей среды перпендикулярно радиусу,если использовать как двигатель, то старт возможен при различном положении роторов. Роторы,вращаясь в противоположных направлениях,позволяют использовать упрощенную синхронизацию и бесконтактное уплотнение в зоне сопряжения роторов. Для изменения направления вращения роторов достаточно изменить направление подачи рабочей среды, и наоборот, для изменения направления подачи рабочей среды нужно изменить направление вращения роторов. При изменении направления вращения роторов не меняется ни один параметр КПД, мощность, производительность, крутящий момент вследствие того, что детали роторной машины, корпус, роторы и торцевые крышки с окнами обладают центральной симметрией. Роторная машина, например двигатель, работает следующим образом. Рабочее тело (газ, пар,жидкости, сжатый воздух и т.д.) подается через впускной канал 2 (фиг. 1, 2) в рабочую камеру,образующуюся в корпусе, между роторными 4 и 5 торцевыми крышками, где давление рабочего тела распределяется между лопастями взаимодействующих роторов 4 и 5. При этом суммарная площадь рабочей поверхности лопастей,воспринимающих давление рабочего тела по направлению вращения роторов в рабочей камере сообщенный с впускным каналом 2 при любом положении роторов, всегда превышает суммарную площадь рабочей поверхности лопастей в противоположном направлении. Под действием сил давления рабочего тела роторы начинают вращаться в противоположных направлениях. В процессе вращения происходит непрерывный рабочий ход поскольку создана возможность непрерывного впуска и выпуска рабочей среды через систему газораспределения,вследствие того, что лопасти ротора перекрывают только часть впускного и выпускного окна при вращении роторов фиг. 3 и 5 есть и такое рабочее положение фиг. 4 при котором впускные и выпускные окна полностью открыты. Поверхности лопастей роторов, создающие вращательный эффект воспринимают давление рабочей среды перпендикулярно радиусу вследствие чего,крутящий момент зависит только от давления рабочей среды. Данное изобретение поясняется чертежами (фиг. 1, 2, 3, 4, 5) где изображена роторная машина с разрезами, причем на фиг. 2 верхний вал условно не показан, поскольку важно расположение и направление впускных и выпускных каналов. На фиг. 2 стрелками показаны направления впуска и 23624 выпуска рабочего тела, на фиг. 3 стрелками показаны направления вращения роторов. На фиг. 3,4, 5 показаны различные положения роторов при работе роторной машины. Роторная машина состоит из корпуса 1 с впускными и 2 выпускными 3 каналами (фиг. 1, 2, 3) роторов 4 и 5 со взаимоогибающими профилями и постоянным местом сопряжения (фиг. 4, 5), и кинематически связанных между собой синхронирующей передачей 6,(фиг. 1),установленных на параллельных валах 7 и 8 в корпусе 1 (фиг. 1). Для улучшения охлаждения при работе с горячими газами и снижением материалоемкости роторы 4 и 5 выполнены пустотелыми. Система газораспределения состоит из впускных и выпускных каналов и окон, расположенных на торцевых крышках по разные стороны от зоны сопряжения роторов и в любом положении роторов не перекрываются. Для упрощения конструкции оба ротора выполнены одинаковой формы. Для повышения долговечности роторы имеют с корпусом и между собой бесконтактные уплотнения. Поверхности роторов в рабочей камере воспринимающие давление рабочего тела в радиальном направлении во внимание не принимаются, поскольку не создают вращательного эффекта. Признак, касающийся соотношения суммарных площадей, можно проанализировать по фиг. 3, по фиг. 4, по фиг.5. Например, по фиг. 3 площадь рабочей поверхности лопастей, выражая в виде неравенства,получаем (рассматриваемые рабочие поверхности создающие вращательный эффект выделены жирной сплошной линией).так както превышение по направлению вращения составляетпо фиг. 4 т.к. то получаем превышение в сторону вращенияпо фиг. 5 т.к.. то превышение в сторону вращения составляет Т. Остальные положения роторов аналогичны одному из трех положений. Отсюда следует, что суммарная площадь рабочей поверхности лопастей, воспринимающих давление рабочей среды по направлению вращения роторов в рабочей камере, сообщенной с впускным каналом при любом положении роторов, превышает суммарную площадь рабочей поверхности лопастей в противоположном направлении. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Роторная машина, содержащая корпус,внутренняя полость которого образована двумя сопряженными цилиндрическими поверхностями,торцевые крышки, профилированные роторы,установленные на параллельных валах и кинематически связанные между собой синхронизирующей передачей,имеющей взаимоогибающие при вращении профили и зону сопряжения с образованием в корпусе рабочих камер, и систему газораспределения, выполненную в виде впускных и выпускных каналов и окон в торцевых крышках, отличающаяся тем, что роторы установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях, впускные и выпускные окна расположены по разные стороны от зоны сопряжения роторов и сообщены с рабочими камерами,а суммарная площадь рабочей поверхности лопастей, воспринимающих давление рабочей среды по направлению вращения роторов в рабочей камере, сообщенной с впускным каналом при любом положении роторов, превышает суммарную площадь рабочей поверхности лопастей в противоположном направлении. 2. Роторная машина по п.1, отличающаяся тем,что впускные и выпускные окна выполнены с возможностью частичного перекрытия торцевыми поверхностями роторов. 3. Роторная машина по п.1, отличающаяся тем,что роторы размещены в корпусе с образованием бесконтактных уплотнений между поверхностями роторов и корпусов. 4. Роторная машина по п.1, отличающаяся тем,что роторы выполнены пустотелыми. 5. Роторная машина по п.1, отличающаяся тем,что роторы выполнены с центральной симметрией.