Вернуться к оглавлению книги 3.

 

 

 

Глава 4.  Ротфен.

                                                         

 

Альтернатива КШМ.

 

Раздел 1. От автора.

 

«Ротфен» - это единственное изобретение, на которое я получил авторское свидетельство. Прохождение заявки было очень долгим и трудным. ВНИИГПЭ оборонялся всеми доступными способами. Переписка длилась 3 года – с 11 апреля 1988 г. по 15 апреля 1991 г. Надо отдать должное ВНИИГПЭ. Это - настоящая крепость, надежно охранявшая научно-технический потенциал СССР от проникновения новых идей и изобретений. Это была мощнейшая мина замедленного действия, результаты деструктивного воздействия которой мы сейчас испытываем в полной мере. И теперь мы имеем то, что имеем. Гражданская научно-техническая мысль находится в чахоточном состоянии, на задворках разрушенного хозяйства. Военная – гордится своим прошлым, и может быть, дай-то бог, пытается хоть как-то не отстать окончательно от текущего момента.

 

Не подумайте, что такое положение только в России и что научно-техническая мысль в других странах так и «бьет ключом». Там тоже полный «абзац».

Во первых - практика накопленных фактов о природе показала, что современный уровень мировой науки уже явно недостаточен, для того, что бы хотя бы ориентироваться в них.

Во вторых – мировая наука стала обычным товаром, который покупают все кому не лень. Соответственно в научной среде интерес поддерживается только к тем направлениям, которые выгодны коммерчески.

В третьих – «юношеский» период мировой науки прошел. Сейчас она находится в том возрасте, когда очень хочется что бы ею любовались, преподносили подарки, и не мешали наслаждаться жизнью.

В четвертых – следствием глобализации стала консервация многих, уже очень устаревших технологий, методик, конструктивных решений, и т.д. и т.д.

Этот список можно продолжать еще очень долго.

 

Лишь несколько экономически мощных государств могут себе позволить (а иногда для них это просто железная необходимость) поддерживать свой научно-технический потенциал на достаточно хорошем уровне. Но решают эту задачу они своеобразно - в условиях жесточайших интриг, протекционизма, лоббирования, купли-продажи и пр. и пр. В конечном итоге эти государства задают некий мнимый уровень научно-технического прогресса, который со стороны остальных государств кажется высочайшим.

Соответствует ли этот уровень текущему моменту? Вопрос далеко не риторический.

 

Впрочем, что бы ответить на него, нужно взглянуть на действительность как бы со стороны. Поскольку взгляд «изнутри» не имеет смысла.

 

Раздел 2. КШМ и альтернативные механизмы.

 

КШМ – кривошипно-шатунный механизм. Практически единственный механизм, на базе которого реализованы двигатели внутреннего сгорания (ДВС) машин и техники предназначенной для езды, ползания, плавания и летания и привода технологических процессов. Король техники. Есть, конечно и роторные механизмы выполняющие такие же функции (всевозможные турбины и электродвигатели). Но у них другой масштаб выгодного применения – это гигантизм и микроминиатюризация (здесь речь идет о транспорте, в технологических процессах электродвигатель практически незаменим). Турбину или электродвигатель установить на автомобиль проблематично – мал эффект.

Но и КШМ в настоящее время уже не удовлетворяет современным техническим возможностям. Альтернативу ему подыскивают постоянно. Но пока без особого успеха. На то есть две очень мощные причины:

Первая – социальная.

Вторая – принципиально-технологическая.

 

Социальная заключается в том, что в настоящее время все мировые технологии производства комплектующих ДВС на базе КШМ настолько отточены, масштабны и интегрированы, что экономичность их производства достигла уровня удовлетворяющего всех. При этом ДВС имеют характеристики близкие к теоретически возможным. Ну и наконец инфраструктура производства ДВС настолько объемна и инерционна, что о каких либо быстрых, без потерь, ее изменениях говорить не приходится. Другими словами, в ее сохранении заинтересованы огромные массы людей: и производителей и потребителей.

Принципиально-технологическая – ряд проблем связанных с эксплуатацией ДВС на основе альтернативных КШМ конструкций: не оптимальность цикла горения топлива, термонапряженность узлов и деталей, слабая износостойкость уплотнений и ряд других – в конечном итоге недостаточная топливная экономичность (низкий КПД) и дороговизна эксплуатации.

 

Так, например двигатель Ванкеля:

Массо-габаритные параметры вне конкуренции, стоимость производства тоже. Но… Ненадежность уплотнений и малая экономичность. Как результат – практическое отсутствие двигателя Ванкеля на рынке. Мал спрос.

 

Двигатель Баландина. Двигатель почти доведенный до серии. Увы… Обязательное условие его надежности – очень точное изготовление элементов механики. Мертворожденная конструкция.

 

В настоящее время известно до полусотни различных механических конструкций теоретически способных составить конкуренцию КШМ. Но это только теоретически. На практике, в силу разных своих особенностей) почти все они непригодны для этой цели.

 

 

Раздел 3.  «Машина Голубева» и «Ротфен» в сравнении.

 

Одна из альтернатив КШМ была описана в 1986 году в журнале  «Техника-молодежи» № 6 (статья А. Пятницкого «Машина Голубева», а.с. 918450) Вот ее краткое описание:

Корпус машины состоит из двух полусфер, внутри которых, в «экваториальной» области размещен рабочий орган (подвижный блок «цилиндров»). Он представляет собой шаровой слой в котором в меридианальных направлениях расположены рабочие полости. Каждая полость делится на два рабочих объема перемычками-«поршнями». Последние установлены так, что могут поворачиваться и незначительно перемещаться на осях, проходящих через «экватор» и центр сферического корпуса. В рабочем органе могут быть размещены от 8 до 24 рабочих камер. Ось рабочего органа при работе описывает окружность, а размещенные в нем камеры совершают сложное возвратно-поступательное движение с качанием вокруг осей перемычек. Круговое движение оси рабочего органа с помощью вала с косым кривошипом преобразуется во вращательное движение вала. На один оборот вала приходится соответственно от 4 до 12 рабочих процессов, попарно происходящих в диаметрально противоположных камерах. Благодаря этому обеспечивается высокая равномерность крутящего момента и полная компенсация сил рабочего давления, резко уменьшающиеся потери на трение при отсутствии неуравновешенности, так как центр масс машины неподвижен. Перемещение рабочих камер относительно каналов в стенках корпуса решает задачу бесклапанного распределения рабочего тела.

«Машина Голубева» являясь воплощением новаторской мысли, все же не лишена недостатков. К ним можно отнести неуклюжесть конструкции преобразователя круговых движений оси рабочего органа во вращательное движение силового вала, невозможность плавного регулирования крутящего момента, относительную сложность системы распределения рабочего тела и динамическую неуравновешенность..

Все эти недостатки являются следствием идеологической незавершенности конструкции машины.

 

В основе роторной машины «Ротфен» находится часть механики «Машины Голубева». Рабочий цикл организован по другому принципиально (нет качаний рабочих камер, удобное и  простейшее бесклапанное распределение рабочего тела).  Схема взаимосвязей механики «Ротфена» предполагает возможность плавного регулирования крутизны преобразования давления рабочего тела в крутящий момент и знак преобразования (реверс направления) с идеальной уравновешенностью (все подвижные детали имеют только круговые траектории движения).

 

В силу своей конструктивной простоты и удобства «Ротфен» может быть использован в качестве основы для любых ДВС, в том числе для ДВС с «мягкой» связью между усилиями на задающем и исполнительном рабочих органах.

 

«Ротфен» по конструкции – это «Герметичная турбина» - т.е. турбина которой для максимальной эффективности работы не нужно развивать бешенные обороты.  Достаточно работать при оборотах обычного ДВС, а то и много меньше. ДВС реализованный на базе «Ротфена» может иметь любые приемлемые для соответствующего назначения размеры и мощность. Так, например, такой ДВС для автомобиля может иметь необходимую мощность при размерах с крупный арбуз.

А ДВС для танка или боевой машины – размером с двигатель КАМАЗа. Т.е. массогабаритные параметры таких двигателей вне конкуренции.

 

«Ротфен» позволяет создавать моноблочные экономичные, легко автоматизируемые реверсируемые  гидро, пневмо и газовые силовые установки (комплекс «двигатель-трансмиссия») с невиданными доселе параметрами.

 

Производство деталей и комплектующих механики типа «Ротфен» особых технологических проблем не имеет, и намного проще производства обычной механики.

 

Есть и ряд проблем принципиального характера. Кстати достаточно легко разрешимых (если уже не решенных). К ним относятся разработка сверхнадежных свеч зажигания, система охлаждения, система смазки и износостойкие уплотнения сложной конфигурации. Проработку этих тем я не делал.

Первые три проблемы чисто конструктивные. Последняя – принципиальная для ДВС. Но есть путь ее обхода – замена рабочих камер и поршней обычными (цилиндрической формы).

 

Раздел 4.  «Ротфен».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ   (19) SU (11) 1670180 А1

 

 

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ № 1670180 от 15 апреля 1991 г.

 

Приоритет 11 апреля 1988 г.

 

(21) 4445516/29

(22) 11.04.88

(46) 15.08.91, Бюл. №30 (75) Г.П. Первеев

(53) 621.662 (088.8)                          

(56) Патент США

№ 3809025, кл. F 02 В 53/00, 1974,

 

 

РОТОРНАЯ МАШИНА

 

 

(57) Изобретение позволяет повысить на­дёжность и эффективность работы ротор­ной машины. Ротор 16 выполнен в виде пустотелой сферы заодно с выходным валом 3 и перегородками 17, сопряженными с то­рообразной полостью корпуса 1. Впускные и выпускные окна 19, 20 выполнены дуговы­ми попарно в каждой из торцовых крышек. Одноименные окна 19, 20 разных крышек смещены относительно друг друга на 180° и сообщены между собой посредством перепускных патрубков 22, 23, В крышке выполнен сквозной канал, в котором установлен вал 3. Сквозные отверстия 12 лопастей 11, паз в крышке и хвостовик в поперечном сечении имеют форму соответсвенно прямоугольников и квадрата. Меньшая сторона отверстий 12 равна наружному размеру опорной втулки, меньшая сторона паза и сторона хвостовика - стороне квадрата, ди­агональ которого равна диаметру оси 13 поршня. Паз в крышке ориентирован боль­шей своей стороной вдоль оси симметрии окон 19, 20 соответствующей крышки. На роторе 16 и поршне установлены уплотнительные элементы 25. Хвостовик закреплен в крышке под углом, соответствующим мак­симальному угловому смещению его в пазу. Изменение угла наклона приводит к измене­нию крутящего момента. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностро­ению, в частности к роторным машинам с качающимися рабочими органами и наклон­ными осями вращения.

Цель изобретения - повышение надеж­ности и эффективности работы путем рас­ширения функциональных возможностей.

На фиг.1  (Рис. 1) показана роторная машина; продольный разрез; на фиг.2 (Рис. 2)- вид со сторо­ны торцовой крышки; на фиг.3 (Рис. 3) - взаимное расположение лопастей и перегородок в корпусе машины; на фиг.4 (Рис.4) - машина с за­крепленной осью поршня, продольный раз­рез.

Роторная машина содержит цилиндри­ческий корпус 1 с внутренней торообразной полостью 2, выходной вал 3, торцовые крышки 4 и 5, выполненные в виде двух обращенных вершинами навстречу друг другу усеченных конусов с центральной сферической расточкой 6. В расточке 6 уста­новлен поршень 7, имеющий шаровой эле­мент 8,  в  котором  с  возможностью вращения размещена поворотная ось 9 с хвостовиком 10. На наружной поверхности шарового элемента 8 равномерно по окруж­ности подвижно расположены секторные лопасти 11  со сквозными продольными от­верстиями 12, в которых свободно установ­лены на осях 13, закрепленных торцами на шаровом элементе 8, опорные втулки 14. В торцовой крышке 4 выполнен паз 15, в кото­ром с возможностью углового перемещения установлен хвостовик 10 поворотной оси 9 поршня 7.  В корпусе 1 также размещен ро­тор 16, выполненный в виде пустотелой сферы   заодно   с   выходным   валом   3   и перегородками 17, сопряженными с торообразной полостью 2, с образованием рабочих камер 18. Впускные и выпускные окна 19 и 20 выполнены дуговыми попарно в каждой из торцовых крышек 4 и 5, причем одно­именные окна 19 и 20 разных крышек 4 и 5 смещены друг относительно друга на 180° с образованием перемычек 21 и сообщены между собой посредством патрубков 22 и 23. В торцовой крышке 5 выполнен сквоз­ной канал 24, в котором установлен выход­ной вал 3. Сквозные отверстия 12 лопастей 11, паз 15 в торцовой крышке 4 и хвостовик 10 в поперечном сечении имеют форму со­ответственно прямоугольников и квадрата, где меньшая сторона отверстий 12 в лопа­стях 11 равна наружному размеру втулки 14, меньшая сторона паза 15 - сторона квадра­та, диагональ которого равна диаметру оси 13 поршня 7. Паз 15 в крышке 4 ориентиро­ван своей большей стороной вдоль оси сим­метрии впускного и выпускного окон 19 и 20 соответствующей крышки 4 или 5, а на роторе 16 и поршне 7 установлены уплотнительные элементы 25. Хвостовик 10 оси 9 порш­ня 7 может быть закреплен в торцовой крышке 4 под углом Ф, соответствующим  максимальному угловому смещению его в пазу 15 торцовой крышки 4.

                         

Роторная машина работает следующим образом.

 

Рабочая среда через патрубки 23 подается к внутренним окнам 19, расположенным в обеих торцовых крышках 4 и 5, а далее в рабочие камеры 18. Под действием давления лопасти 11 начинают перемещаться от­носительно перегородок 17 и поверхности шарового элемента 8, в результате чего в камеры 18, расположенные напротив впуск­ных окон 19 рабочая среда всасывается, а из рабочих камер 18, расположенных напро­тив выпускных окон 19, рабочая среда вытесняется. Лопасти 11, последовательно проходя окна 19 и 20, изменяют объемы рабочих камер 18 от 0 до максимального  и наоборот, рабочая среда вытесняется в пат­рубок 22, при этом ротор 16 и вал 3 начинают вращаться, приводя поршень 7 во вращательное движение относительно оси 9 совместно с ротором 16. Изменение угла наклона хвостовика 10 оси 9 в пазу 15 приводит к изменению величины момента и направления вращения вала 3 роторной машины. При жесткой фиксации хвостовика 10 оси 9 в крышке 4 реверсирование машины осуществляется путем изменения направления подачи рабочей среды через патрубки 22 и 23.

 

Формула    изобретения.

 

1.       1.Роторная машина, содержащая ци­линдрический корпус с внутренней шарообразной полостью, выходной вал, торцовые крышки, выполненные в виде двух обращен­ных вершинами навстречу друг другу усе­ченных конусов с центральной сферической расточкой, установленный в последней поршень, имеющий шаровой элемент, в котором с возможностью вращения размещена поворотная ось с хвостовиком, на наружной поверхности шарового элемента равномер­но по окружности подвижно расположены секторные лопасти со сквозными продольными отверстиями, в которых свободно установлены на осях, закрепленных торцам на шаровом элементе, опорные втулки, а также разделительные перегородки, размещенные в корпусе между лопастями с образованием рабочих камер, и впускные и выпускные окна; при этом в одной из торцо­вых крышек выполнен паз, в котором с возможностью углового перемещения установлен хвостовик поворотной оси поршня, и уплотнительные элементы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы, машина снабжена ротором и перепускными патрубками, ротор выполнен в виде пусто­телой сферы заодно с выходным валом и  перегородками, сопряженными с торообразной полостью корпуса, впускные и выпускные окна выполнены дуговыми попарно в каждой из торцовых крышек, причем одноименные окна разных крышек смещены друг относительно друга на 180° и сообщены между собой посредством патрубков, во второй торцовой крышке выполнен сквоз­ной канал, в котором установлен выходной вал, при этом сквозные отверстия лопастей, паз в торцовой крышке и хвостовик в попе­речном сечении имеют форму соответственно   прямоугольников и квадрата, где меньшая сторона отверстий в лопастях равна наружному размеру опорной втулки, меньшая сторона паза и сторона хвостовика - стороне квадрата, диагональ которого равна  диаметру оси поршня, паз в крышке ориентирован  большей своей стороной вдоль оси симметрии впускного и выпускного окон соответствующей крышки, а на роторе и поршне установлены уплотнительные элементы.          

2.  Машина по п.1, отличающаяся тем, что хвостовик оси поршня закреплен в торцовой крышке под углом, равным максимальному угловому смещению его в пазу торцовой крышки.

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор А. Огар                    Составитель Ю. Федоров                      Техредактор М. Моргентал

Корректор М. Пожо

Заказ 2727                                          Тираж 346                                                  Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и  открытиям при ГКНТ СССР

                                  113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

 

 

 

 

 

 

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА РОТОРНО-ВЕНТИЛЯТОРНОЙ МАШИНЫ.

/ «РОТФЕН-2»/.

 

Роторно-вентиляторная машина может быть использована во всех отраслях народного хозяйства, в качестве силового элемента трансмиссий машин и механизмов, а так же в качестве основы для высокоэкономичных двигателей внутреннего сгорания, пневмо-гидро-газо - насосов и моторов Функциональные аналоги машины - "Ротоком" /Англия/ и "Машина Голубева" /СССР/. 

Прототип - "Машина Голубева".

 

Принцип действия машины "Ротфен":

Статическое давление рабочего тела, подаваемого в полости высокого давления машины, за счет взаимодействия механических сил, возникающих при этом в систе­ме ротор-вентилятор-статор, обусловленных оригинальной геомет­рией взаимосвязей, преобразуется во вращательное движение ра­бочего органа машины, которое используется для автоматического бесклапанного перераспределения рабочего тела порциями из поло­стей высокого давления в полости низкого давления, и непосред­ственно для снятия крутящего момента.

 

Работа машины обратима. Крутящий момент реверсируется измене­нием направления нагнетания рабочего тела.

Для машин "Ротфен-1", "Ротфен-3" и "Шарм" - крутизна преобразо­вания и реверс могут определяться так же изменением геометрии взаимосвязей в системе ротор-вентилятор-статор.

 

На Фиг. 1 изображен поперечный /вид с правой стороны по отношению к Фиг. 2/ разрез корпуса роторно-вентиляторной машины и внешний боковой вид системы ротор-вентилятор.

 

На Фиг. 2 изображен продольный разрез роторно-вентиляторной машины "Ротфен-2" .

 

На Фиг. 3 изображены внешний вид /вид сверху/ корпуса мамины "Ротфен-2" /верхняя половина чертежа/, внешний вид /вид сверху/ системы ротор-вентилятор /правая нижняя часть чертежа/, внешний вид /вид сверху и разрез фрагмента/ вентилятора /левая нижняя часть чертежа/.

 

Роторно-вентиляторная машина "Ротфен-2" показанная на фиг.1, фиг. 2, фиг. 3 /все позиции на этих чертежах соответствуют друг другу/, состоит из вентилятора 1, 2, 3, оси вентилятора 4, ротора 5, 6, 7, статора 8 с подающими 9 и приемными 10 полостями, соединенными между собой подающими 11 и приемными 12 трубопроводами.

 

Между подающими 9 и приемными 10 полостями статора находятся конструктивные перемычки 13 играющие важную роль в организации процесса бесклапанного перераспределения рабочего тела. В рабо­чем органе "Ротфена" определены верхние 14 и нижние 15 рабочие камеры /позиции 13, 14 и 15 показывающие зоны расположения названных объектов, являющихся в некотором смысле условным объек­тами, не путать с позициями 8, 6, 6 соответственно/.

Система ротор-вентилятор /рабочий орган/ представляет собой ко­мплиментарно скомпонованную конструкцию, состоящую из самоподстраивающегося вентилятора и жесткого ротора, вентилятор состо­ит из центральной сферической детали 1, по "экватору" которой через равные промежутки жестко установлены оси 2 лопастей 3 вен­тилятора /восемь штук/.

Лопасти-поршни 3 вентилятора установлены на этих осях с возможностью поворота вокруг них в пределах небольших углов, а так же с возможностью незначитель­ного перемещения на них в горизонтально-экваториальной плоскос­ти /здесь и далее ориентация относительно чертежа/.

Это обеспечи­вается соответствующим сечением отверстий под оси 2 в лопастях-поршнях 3

/см. Фиг. 1 и 3/.

Через нижний "полюс" центральной сферической детали 1 перпендикулярно "экваториальной" плоскости сделана выемка под ось вентилятора 4.

Центральная сферическая деталь 1 может свободно вращаться вокруг этой оси.

Ось имеет некоторый наклон Ф гра­дусов к оси ротора 7. Этот наклон определяет крутизну преобра­зования разности давлений рабочего тела в крутящий момент /то же для обратного преобразования/.

Ротор состоит из сферического сегмента 5, к кромкам которого намертво прикреплены радиально направленные крылья-перегородки 6 /восемь штук/. На полюсе сегмента 5 наружу, жестко прикреплена ось ротора 7, являющаяся одновременно силовым ва­лом машины.

Весь ротор 5, 6, 7 представляет собой жесткую иск­лючающую взаимные перемещения составляющих его элементов, кон­струкцию.

Вентилятор 1, 2, 3 установленный на оси 4 расположен внутри ро­тора 5, 6, 7, т.е. центральная сферическая деталь вентилятора 1 расположена в сферической выемке сегмента 5, а лопасти-поршни 3 - в промежутках между крыльями/перегородками 6.

Скомпонованный таким образом рабочий орган имеет 8 "цилиндров" /пространство между крыльями-перегородками 6/ ра­бочие объемы которых, лопастями-поршнями 3 делятся на восемь

верхних рабочих камер 14 и восемь нижних рабочих камер 15.

Вентилятор 1, 2, 3 и ротор 5, 6, 7 имеют единый геометрический центр /точка 0 на Фиг. 2/.

При этом вентилятор, в силу гибкости сво­ей конструкции может покачиваться свободно внутри ротора.

Рабочий орган /система ротор-вентилятор/ расположен внутри статора 8, с минимальными зазорами между соприкасающимися повер­хностями /герметичность обязательна/.

При этом геометрические центры статора и системы ротор-вентилятор совпадают. Основная внутренняя полость статора 8 своей конфигурацией поз­воляет рабочему органу только вращаться /в любом направлении/ вокруг своей оси 7.

Вентилятор при этом, за счет возможности покачивания внутри ротора, может сохраняя плоскость своего вра­щения заданную положением оси 4, вращаясь вместе с ротором, вращаться вокруг оси 4.

В статоре так же имеются четыре попарно противоположных полости для распределения рабочего тела:

две подающих 9 и две приемных 10.

На Фиг. 2 полости не видны, на фиг. 3 видно только зону расположения верхней приемной полости 10, на Фиг. 1 видны сечения всех распределительных полостей 9 и 10.

Подающие полости 9 /верхняя и нижняя/ между собой соединены подающими трубопрово­дами 11, приемные 10 /верхняя и нижняя/ - приемными трубопроводами 12.

Все полости по конфигурации одинаковы и приставляют собой полукруговые выемки, расположенное на одном радиусе, в верхних и нижних частях статора 8.

Перемычками 13 /четыре штуки/ являют­ся части тела статора 8 находящиеся между распределительными полостями /на том же радиусе/.

Обязательное условие: центры пе­ремычек находятся в одной плоскости с плоскостью расположения геометрической оси вентилятора, совпадающей с плоскостью расположения оси ротора, угловая ширина перегородок 1/8 доли окружности.

Этим обеспечивается надежная изоляция рабочего тела находящегося в областях высокого давления от рабочего тела находящегося в областях низкого давления, при любых положениях рабочего органа, а при вращении его - бесклапанное автоматичес­кое перераспределение рабочего тела из областей высокого давле­ния, порциями в области низкого давления.

 

Работает роторно-вентиляторная машина "Ротфен-2 следующим обра­зом:

При подаче рабочего тела /например жидкости/ в полости высокого давления 9 из подающего трубопровода 11, на рабочие поверхности лопастей-поршней 3 вентилятора, находящиеся в зоне действия этих полостей начинает действовать гидростатическое давление.

Поскольку в зоне действия двух подающих полостей 9 всегда находятся как минимум шесть рабочих камер /поровну верхних и нижних/, то соответственно такое же количество лопастей-поршней 3 одновременно испытывают гидростатическое давление.

Каждая лопасть-поршень 3 при этом стремится занять такое положение, когда объем ее рабочей камеры, будет максимальным.

Но такое возможно лишь при повороте системы ротор-вентилятор отно­сительно статора 8, т.к. за счет постоянного наклона плоскости вращения вентилятора к "экватору" статора 8 /что задается по­ложением оси 4/, эта система обладает неуравновешенностью сил для вращательного движения.

Соответственно система ротор-венти­лятор поворачивается /при показанной на фиг 1, 2, 3 конфигурации система ротор-вентилятор будет вращаться против часовой стрелки - см. Фиг. 3/.

 

Лопасти-поршни 3 при повороте ее, последовательно проходят все фазы своего возможного положения от минимального объема своих рабочих камер до максимального.

При этом и верхние и ниж­ние рабочие камеры последовательно попадают из зон высокого давления в зоны низкого давления.

После того, как очередная ра­бочая камера стала близка к максимальной по объему, она оказы­вается в зоне перемычки 13.

Рабочее тело находящееся в ней за счет поворота изолируется от остальных камер, а при дальнейшем повороте системы оказывается в зоне действия приемной полости 10, откуда выдавливается в приемный трубопровод 12 обратным пе­ремещением лопастей-поршней 3.

 

Верхние рабочие камеры 14 рабочего органа, при повороте его последовательно попадают в зоны действия подающей 9 и приемной 10 полостей верхней половины статора 8, проходя зоны перемычек 13.

Аналогично, нижние рабочие камеры 15 рабочего органа, при повороте его, последовательно попадают в зоны действия прием­ной 10 и подающей 9 полостей нижней половины статора 8 , прохо­дя зоны перемычек 13.

Крутящий момент снимается с оси 7 ротора.

Примечание:

 

В данном тексте описана роторно-вентиляторная ма­шина, имеющая рабочий орган с восемью лопастями-поршнями.

Однако на практике количество лопастей может быть любым в пределах от восьми до двадцати четырех и более.

Роторно-вентиляторная машина является прогрессивным логическим завершением имеющейся «Машины Голубева».

«Машина Голубева» оригинальна, но непрактична вследствие конструктивного неудобства.

 

К тексту прилагаются эскизы-чертежи в количестве трех - на двух листах, а так же "Приложение к заявке» на двух листах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            ПРИЛОЖЕНИЕ К ЗАЯВКЕ "РОТОРНО-ВЕНТИЛЯТОРНАЯ МАШИНА".

 

Поскольку роторно-вентиляторная машина конструктивно представляет собой довольно сложный объект, для пояснения ее конструк­ции приведен рисунок ее рабочего органа - системы ротор-венти­лятор /"Ротфен-1" и "Ротфен-2"/.

Все позиции на Фиг. 1 прило­жения соответствуют позициям Фиг. 1 заявки.

 

На фиг. 2 приложения показана пространственная ориентация ра­бочих плоскостей отдельных элементов системы ротор-вентилятор.

Плоскость А - плоскость в которой всегда находятся оси 7 и 4 системы ротор-вентилятор /независимо от угла наклона оси 4/. Эта плоскость является разделительной для рабочих процессов в контурах машины.

Плоскость Б - плоскость вращения ротора 5, 6, 7.

Ось 7 всегда перпендикулярна ей.

Плоскость В - плоскость вращения вентилятора 1, 2, 3.

Ось 4 всег­да перпендикулярна ей. Плоскость В может менять свое положение при изменении положения оси 4 /в пределах углов +ф...-ф/.

О - единый для всех плоскостей центр пересечения.

 

 

 

 

 

  

Внешний вид и взаимоперемещения элементов роторной машины «Ротфен» в динамике можно посмотреть в приложениях 1 (рисунок), 2 (видео), 3 (рисунок).

 

 

Раздел 5.  «Ротфен». Оптимизация.

 

Роторно-вентиляторная машина «Ротфен» при всех своих достоинствах и преимуществах, все же имеет ряд недостатков.

Прежде всего – это большое количество подвижно сопряженных элементов сложной конфигурации.

Это принципиальная проблема обеспечения герметичности между подвижными элементами.

И, наконец – относительная технологическая сложность изготовления отдельных деталей.

 

Для решения этого комплекса проблем найден ряд конструктивных решений, которые в той или иной степени компенсируют вышеупомянутые недостатки.

Так, например, вместо сложного по конструкции ротор-вентилятора на базе сферических элементов, применен упрощенный ротор на базе цилиндрических элементов.

Массогабаритные параметры машины при этом несколько ухудшились.

Зато технологии производства основных деталей машины без особых проблем вписались в уже существующие.

При этом подвижно сопряженные элементы и детали, в новой конструкции, в большинстве перемещаются относительно друг друга по круговым или линейным траекториям.

Обеспечение герметичности между сопряженными поверхностями для описываемой конструкции, не представляет сложности.

 

Оптимизированный под существующие технологии вариант роторно-вентиляторной машины «Ротфен-карусель» показан на рис. 1….4.

 

 

 

 

По этим рисункам нетрудно разобраться, что к чему.

 

Однако для более быстрого понимания, все же опишу некоторые нюансы изображенной конструкции.

 

Рис. 1.  Базовый – разрез машины, вид со стороны входных/выходных

штуцеров – вид «А».

 

Рис. 2.  Разрез машины, вид слева, к изображению Рис. 1 – вид «Б».

 

Рис. 3.  Разрезы машины на разных

уровнях - вид «В».

 

Рис. 4.  Вид сверху, к

изображению Рис. 2 -  вид «Г».

 

На всех рисунках зеленым цветом выделены вращающиеся несущие элементы ротора.

Светло-серым цветом – организующие и силовые элементы.

 

Темно-серым – корпусные детали и поршни ротора.

Голубым – скользящие поверхности (часть контекстных скользящих поверхностей не выделена для упрощения рисунков).

Фиолетовым – хвостовик ротора.

Сиреневым – ползуны.

Оранжевым – штанги.

Коричневым – устройство управления.

 

«Карусель» сохранила все положительные технические особенности «Ротфена»: Компактность, оригинальность, технологичность, минимум деталей, оперативность и простоту управления и т.д.

 

Особенности конструкции.

 

1. Хвостовик ротора может быть намертво закреплен в центральной сфере. Тогда с него можно снимать часть крутящего момента для вспомогательных целей.
2. Хвостовик может быть посажен в сферу через подшипники. Тогда его можно намертво крепить к корпусу.
3. Часть ротора под сферой можно исключить. При этом она будет частью корпуса. Аналогично можно поступить и с частью ротора над сферой. В некоторых случаях это дает конструктивные удобства.
4. Ползуны в соответствующих выемках поршней могут перемещаться по двум разным траекториям: 1 – по кругу (предпочтительный вариант – см. Рис. 3, вид 3а), 2 – по касательной – см. Рис. 3, вид 3б.

 

В первом случае штанги закрепляются в сфере с возможностью вращения, но без свободы возвратно-поступательному движению. При этом стенки поршней будут испытывать дополнительное давление (помимо центробежного) на поверхности цилиндров (причина – трение ползунов).

Во втором – штанги закрепляются в сфере с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения. При этом ползуны, за счет формы выемки задающей траекторию их движения, перемещаются по касательной возвратно поступательно вдоль этих выемок.

 

При необходимости, сочленение штанг с поршнями может быть организовано с помощью ползунов на основе подшипников качения (шариковых, роликовых).

 

Меняя угол наклона хвостовика можно менять крутизну и знак преобразования статического давления рабочего тела в крутящий момент.

 

Для обеспечения минимального сопротивления движению рабочего тела входные/выходные организующие объемы и отверстия могут быть оптимизированы по форме.

 

Уплотнения поршень-цилиндр традиционной конструкции, посредством компрессионных колец.

 

Следует отметить, что «Ротфен» - это турбина. Поэтому предпочтительная область ее применения – ДВС нового поколения (с мягкой связью – см. ниже).

«Карусель» - низкооборотная машина с равномерным большим крутящим моментом для ДВС традиционного цикла.

 

Внешний вид и взаимоперемещения элементов роторной машины «Ротфен-карусель» в динамике можно посмотреть в приложениях 1 (рисунок) и 2 (видео).

 

 

 

 

 

 

 

Вернуться к оглавлению книги 3.