МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1994 года по МПК F01C1/00 F04C2/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и криогенной технике и предназначено для сжатия и перемещения газа преимущественно в составе криогенных газовых машин.

Известны поршневые машины объемного действия в составе криогенных газовых машин, содержащие корпус с рабочей камерой, двумя камерами газораспределения, камерой механизма привода, размещенный в рабочей камере рабочий орган, выполненный в виде цилиндрического поршня и соединенный с механизмом привода штоком; поршень образует в рабочей камере две рабочие ячейки, объем которых изменяется в противофазах; каждая рабочая ячейка постоянно сообщена с одной из камер газораспределения, а последние соединены между собой внешними газовыми коммуникациями с теплообменными аппаратами (Суслов А. Д. , Гороховский Г. А. , Полтораус В. Б. , Горшков А. М. Криогенные газовые машины. М. : Машиностроение, 1982, с. 5-16).

Такая машина, имея в своей конструкции возвратно-поступательно движущиеся узлы и детали, отличается существенной неуравновешенностью, и, как следствие, известными ограничениями по быстроходности и, соответственно, завышенными габаритными размерами и весом. Указанные недостатки поршневых машин практически отсутствуют в машинах объемного действия ротационного типа.

Наиболее близкой является машина объемного действия, содержащая корпус с торцовыми крышками, два лопастных ротора, установленных на валу с образованием в корпусе рабочих камер, при этом вал кинематически связан с механизмом привода, а один из роторов имеет кожух, закрепленный на периферийных поверхностях лопастей, и систему газораспределения, выполненную в виде окон подвода и отвода рабочей среды, выполненных на торцовой стенке кожуха и сообщенных посредством каналов с камерами всасывания и нагнетания, выполненными в корпусе и сообщенными, соответственно, с источником рабочей среды низкого давления и с потребителем рабочей среды повышенного давления.

По сравнению с аналогом такая машина лучше уравновешена, имеет меньшие габариты и вес. Такая конструкция обеспечивает постоянное перемещение газа в одном направлении из камеры всасывания в камеру нагнетания, через рабочую камеру, но не обеспечивает возвратно-поступательного движения рабочей среды между камерами газораспределения по внешним коммуникациям, как это имеет место в аналоге. То есть конструкция прототипа функционально не обеспечивает работу машины объемного действия в составе криогенной газовой машины.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возвратно-поступательного перемещения среды между газораспределительными камерами.

Поставленная цель достигается тем, что машина объемного действия содержит корпус с торцовыми крышками, два лопастных ротора, установленных на валу с образованием в корпусе рабочих камер, при этом вал кинематически связан с механизмом привода, а один из роторов имеет кожух, закрепленный на периферийных поверхностях лопастей, и систему газораспределения, выполненную в виде окон подвода и отвода рабочей среды, выполненных на торцовой стенке кожуха и сообщенных посредством каналов с газораспределительными камерами, выполненными в корпусе, при этом, по меньшей мере, в одном из роторов выполнены перепускные проточки, попарно сообщающие рабочие и газораспределительные камеры между собой, а газораспределительные камеры посредством внешних трубопроводов.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемое техническое решение содержит ряд конструктивных признаков, которых нет в прототипе. Это позволяет сделать вывод, о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ существующей патентной и научно-технической литературы показал, что предлагаемая совокупность предлагаемых конструктивных признаков для достижения поставленной цели в настоящее время не известна, что позволяет считать существенными признаки, отраженные в формуле изобретения.

На фиг. 1,2,3 схематично показана предлагаемая машина с газораспределительными проточками, выполненными в одном роторе; на фиг. 4,5 - конструкция, в которой газораспределительные проточки выполнены в обоих роторах.

Машина объемного действия (см. фиг. 1,2,3) содержит корпус 1 с рабочей камерой 2, камерами газораспределения 3,4; камерой механизма привода 5, размещенные в камере 2 концентричные роторы 6,7. Ротор 6 состоит из вала 8 и закрепленных на нем лопастей 9. Ротор 7 состоит из вала 10 и закрепленных на нем лопастей 11, кроме того, на нем закреплен кожух 12. Внутренние поверхности кожуха 12, поверхности валов 8,10 и поверхности лопастей 9,11 образуют рабочие ячейки секторного типа 13,14. В роторе 7 (в кожухе 12 и лопастях 11) выполнены газораспределительные проточки 15,16. При этом проточки 15 соединены с ячейками 14, а проточки 16 соединены с ячейками 13. В камере 5 размещен механизм привода роторов 6,7 (не показан). Проточки 15 и ячейки 14 постоянно сообщаются с камерой 3, причем только с этой камерой. А проточки 16 и ячейки 13 постоянно сообщаются с камерой 4, причем только с этой камерой. Камеры 3 и 4 соединены между собой внешними газовыми коммуникациями (не показаны). Газовые коммуникации могут состоять из трубопроводов, арматуры, теплообменной аппаратуры, регенераторов, фильтров и т. д.

На фиг. 4,5 показан вариант предлагаемой машины объемного действия, в конструкции которого газораспределительные проточки выполнены в обоих роторах: проточки 16 выполнены в роторе 7 (в кожухе 12 и лопастях 11), а проточки 15 выполнены в роторе 6 (в лопастях 9 и валу 8). При этом рабочие ячейки 13 через проточки 16 постоянно соединены с камерой 4, причем только с этой камерой. А ячейки 14 через проточки 15 постоянно соединены с камерой 3, причем только с этой камерой.

Машина объемного действия работает следующим образом. Крутящий момент от приводного вала через механизм привода передается на роторы 6,7 (соответственно на валы 8,10 и лопасти 9,11). При этом роторы 6,7 и, соответственно, вал 8 с лопастями 9 и вал 10 с лопастями 11 и кожухом 12 вращаются с переменной угловой скоростью так, что рабочие ячейки 13,14 периодически изменяют свой объем от минимальной величины до максимальной и наоборот. Причем изменение объема ячеек 13 и 14 происходит в противофазах: при увеличении объема ячеек 13 объем ячеек 14 уменьшается, и наоборот. При этом при уменьшении объема ячеек 13 газ из этих ячеек выталкивается через проточки 16, камеру 4, газовые коммуникации, камеру 3 и проточки 15 в ячейки 14, объем которых в это время уменьшается. Затем, когда объем ячеек 13 начинает увеличиваться, а объем ячеек 14 начинает уменьшаться, газ из ячеек 14 через проточки 15, камеру 3, газовые коммуникации, камеру 4, проточки 16 переталкивается обратно в ячейки 13. В дальнейшем цикл повторяется. Таким образом осуществляется периодическое переталкивание газа из камеры 3 в камеру 4 и наоборот, по внешним газовым коммуникациям.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности путем обеспечения возвратно-поступательного движения среды (газа) между газораспределительными камерами за счет перепускных проточек в роторах и сообщения камер газораспределения внешними трубопроводами, что позволяет использовать такую машину в составе газовых криогенных машин (ГКМ). Конструкция прототипа не позволяет использовать ее в ГКМ, так как проточная часть ее не обеспечивает возвратно-поступательного перемещения рабочей среды между камерами газораспределения. (56) Патент США N 4169697, кл. F 01 C 1/42, опубл. 1979.

Использование: в электромашиностроении. Сущность изобретения: два лопастных ротора установлены на валу с образованием в корпусе рабочих камер. Вал кинематически связан с механизмом привода. Один ротор имеет кожух, закрепленный на периферийных поверхностях лопастей. Система газораспределения выполнена в виде окон подвода и отвода рабочей среды, выполненных на торцевой стенке кожуха и сообщенных каналами с газораспределительными камерами, расположенными в корпусе. В одном из роторов выполнены перепускные проточки, попарно сообщающие рабочие и газораспределительные камеры между собой. Газораспределительные камеры сообщены внешними трубопроводами. 5 ил.

МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащая корпус с торцевыми крышками, два лопастных ротора, установленных на валу с образованием в корпусе рабочих камер, при этом вал кинематически связан с механизмом привода, а один из роторов имеет кожух, закрепленный на периферийных поверхностях лопастей, и систему газораспределения, выполненную в виде окон подвода и отвода рабочей среды, выполненных на торцевой стенке кожуха и сообщенных посредством каналов с газораспределительными камерами, выполненными в корпусе, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возвратно-поступательного перемещения среды между газораспределительными камерами, по меньшей мере в одном из роторов выполнены перепускные проточки, попарно сообщающие рабочие и газораспределительные камеры между собой, а газораспределительные камеры сообщены посредством внешних трубопроводов.