статья 4: МНОГОРЯДНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ — КАКОВА ПЕРСПЕКТИВА?
Как уже говорилось в прежней статье- главное несовершенство радиальных уплотнения ротора двигателя Ванкеля заключается в том, что радиальные уплотнения (апексы) – не могут герметично уплотнить свои торцевые поверхности (места по краям апекса). И там оказываются щели, куда идут потери компрессии.
Для начала повторим первый абзац из прежней статьи- ибо он очень важен и касается и содержания этого текста.
Итак- напоминаем, что при работе мотора апекс сильно нагревается – до 300 С0. При нагреве до такой температуры стальной или чугунный апекс длиной в 80 мм может удлиниться до 0,33 мм. Поэтому точно в размер с минимальным зазором делать апекс нельзя — надо для компенсации удлинения при нагреве оставлять так называемые «термозазоры». При удлинении апекса при нагреве до 0,33 мм, надо с двух торцов апекса делать зазоры не менее чем по 0,2 мм каждый. Соответственно – в такие зазоры в две «десятки» при сжатии воздуха ротором в 6 – 8 – 10 атм будет выдавливаться значительная часть сжимаемого воздуха и происходить значительные потери «компрессии». Для выхода из такой непростой ситуации, апекс делается составным с маленькой подвижным элементом – «уголком».
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/11_b-2.jpg)
Суть такого элемента как уголок в том, что он самостоятельно пододвигается по линии длинного габарита апекса большой линейной дугообразной пружиной. Таким образом, он может подвижно прилегать к торцевой поверхности рабочих камер двигателя, а при удлинении или укорочении апекса при колебании температуры, уголок должен подвижно сопрягаться с основной деталью апекса – скользить по косому срезу. Вся беда в том, что такую функцию уголок апекса выполняет не вполне эффективно.
— Во – первых, потому что он поджимается как в направлении вверх (к поверхности эпитрохоиды), так и в направлении вбок (к поверхности торцевой плоскости), всего одним концом линейной дугообразной пружины. Поэтому уголок перекашивается в направляющем проёме ротора, и по его периметру возникают щели, куда снова и утекает сжатый воздух.
— Во вторых, как ни сдвигай уголок – где то возникнет щель, или вверху, или сбоку, или по косому срезу (линии сопряжения косых линий самого апекса или его уголка).
Для подробностей понимания: вот отдельная статья с разбором такой работы геометрии апекса с уголком.
Именно подобными недостатками обладает конструкция радиальных уплотнений, созданная Феликсом Ванкелем в 1956 -1957 годах, и пока ничего лучшего за эти 70 лет не придумали.
Однако, у меня есть для читателей статьи и хорошая новость. В принципе есть возможности создать другие конструкции радиальных уплотнений. Такие некоторые конструкции уже созданы и отчасти доступны в коммерческом предложении. Подобные передовые тех решения делятся на две части:
- — керамические апексы, которые очень мало удлиняются при нагреве;
— многорядные апексы, которые создают несколько линий контактов между ротором и статором и запирают все щели между статором и ротором;
О керамических апексах мы писали в прежней статье. Сегодня наша тема- многорядные уплотнения.
МНОГОРЯДНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
С первых патентов Вальтера Фройде и Феликса Ванкеля за 1956 – 1957 годы, тема многорядных уплотнений время от времени мелькала в чертежах и описаниях их изобретений. Не как основная линия тех конструкций, но как один из возможных вариантов построения системы уплотнений.
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/1.880.jpg)
И действительно- если в поршневом ДВС кольца уплотнений на поршне стоят в несколько рядов (это минимум 2а компрессионных кольца), то почему в роторном моторе должен быть только один ряд уплотнений? Простая логика подсказывает- что линии уплотнений должны стоять в несколько рядов. Минимум – два ряда.
Тем болеем, что в поршневом моторе контакт кольца уплотнения организован куда лучше — контакт идет к стенке цилиндра мотора по цилиндрической поверхности, а вот в роторном моторе- апекс контактирует только по линии с корпусом роторной секции. От понимания этого становится еще более насущным поставить радиальные уплотнения (апексы) в несколько рядов. Мысль инженеров и изобретателей не раз шла по такому пути —
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/2.440-905x1024.jpg)
А вот — обзорная статья о перспективах развития конструкций роторных двигателей в одном из англоязычных технических журналов, опубликованная всего лет пять назад, так же упоминает такую возможность, т.е. применение многорядных апексов..
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/3.apexseals.jpg)
Но, и еще раз НО… Нарисовать то на бумаге легко. А вот сконструировать и изготовить работоспособные уплотнения, работающие на высоких скоростях скольжения и при больших температурах нагрева, это задача оказалась крайне сложной. И пока еще никому прежде не удавалось реализовать такую конструкцию на практике.
Во первых — на вершине треугольника ротора не так много места, для размещения нескольких пластинок апексов (при чем- каждый должен быть со своей отдельной пружиной).
Во вторых — пластинки многорядных апексов должны быть отделены друг от друга, чтобы не мешать независимому движению каждого из них. А для этого надо сажать каждый апекс в свое гнездо, и подводить туда смазку.
В третьих — нужно как то исхитриться и заставить апексы сдвигаться в различных направлениях, чтобы они выбирали все появляющиеся зазоры между телом ротора и разными поверхностями корпуса роторной секции.
В общем – задача поиска качественных технических решения на этом пути оказалась крайне трудной.
Вот, например, попытка создать весьма экзотическую (и практически не работоспособную) конструкцию, что описана в одном из американских патентов. Тут главное- очень сложной формы линейная пружина работающая сразу в двух направлениях…
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/4.988-713x1024.jpg)
Конечно, появляется соблазн сделать самое простое решение- поставить в два ряда керамические апексы, которые обладают минимальным термическим расширением от нагрева. Тогда парным апексам на одной вершине ротора не нужно будет сдвигаться в разные стороны, чтобы выбирать все появляющиеся зазоры между ротором и корпусной секцией. Простое и очевидное решение. Но его цена будет очень велика. Ибо таких апексов (попарно установленных на каждой вершине ротора), надо будет уже не 6, а 12 штук. А если учесть что комплект из 6 шт, керамических апексов стоит около 3 – 3,5 тыс $, то комплект из двойных апексов будет стоить в два раза дороже. Примерно 6 -7 тыс. $. Это уже ценник подходящий разве что для авиации и серьезной вертолетной техники….
Тут ещё интересно будет сказать- что двойные торцевые уплотнения на роторах применялись уже давно. Вот фото мотора 12А, который ставился на автомобиль Mazda RX-5 в 70-х годах.
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/mazda-rx-5.jpg)
Но основные трудности в потерей компрессии- это радиальные уплотнения. Поэтому установка двойных торцевых уплотнений не дала значительного результата и от них со временем отказались.
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/1n-копия.jpg)
Описав все эти трудности и тяготы рождения новых технических решений, перейдем к хорошей части этой статьи. Автор настоящего текста много лет экспериментирует с cозданием разного типа многорядных радиальных уплотнений. Работа принесла свои плоды и есть несколько отличающихся (взаимодополняющих) по конструктиву технических решений, которые позволяют роторному мотору работать гораздо лучше, чем при обычной конструкции одиночных апексов. Сейчас идет доводка таких конструкций до возможности коммерческого применения.
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/1-10-1.jpg)
созданного автором данного сайта
Самое главное, что на таких многорядных уплотнениях, заметно возрастает давление сжатия, и оно начинает приближаться к показателям, характерным для поршневых моторов. От этого заметно возрастает экономичность по топливу (уменьшается токсичность выхлопа), и увеличивается крутящий момент на низах.
Конечно, у ротора двигателя 13 В Мазды для полноценного установления даже двух радиальных (дуплексных) уплотнений места крайне мало — слишком тонкие стенки литья. Японские конструкторы никак не предполагали возможность размещения многорядных апексов на вершинах ротора, поэтому и места там нет.
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/00-1-906x1024.jpg)
Однако есть возможность исхитриться и сделать некое близкое к оптимуму решение, которое дает весьма хорошие результаты.
![](http://www.rotor-motor.ru/wp-content/uploads/2023/09/0-RU-1.jpg)
В итоге, можно сказать – если поставить на роторный циклоидальный двигатель систему многорядных радиальных и торцевых уплотнений, то такой мотор заметно улучшит свои эксплуатационные характеристики и будет успешно конкурировать с поршневыми ДВС, и даже малыми газовыми турбинами в авиации.
Следующая статья: ГЛАВНЫЙ НЕДОСТАТОК КЛАССИЧЕСКИХ УПЛОТНЕНИЙ