РОТОРНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F04C2/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании роторно-лопастных двигателей, насосов, компрессоров.

Известна роторно-лопастная машина, содержащая корпус с патрубками впуска и выпуска рабочей среды, торцовые крышки, роторы, соосно установленные с возможностью поочередного вращения, размещенный между роторами маховик и фиксаторы роторов, выполненные в виде роликов, размещенных в сквозных отверстиях роторов и выемках корпуса и маховика, при этом глубина выемок меньше радиуса роликов.

Недостатком известной роторно-лопастной машины является возможность заклинивания роликов при переходе их от корпуса к маховику, так как надежность этого перехода зависит от силы трения роторов о корпус, которая должна быть больше силы трения роторов о маховик, а также от центробежной силы.

Роторно-лопастная машина работает следующим образом. Роторы последовательно занимают положение (фиг. 5). В положении "в" (фиг. 9), когда ролики переходят от маховика к корпусу, соединяя ротор с корпусом, может произойти заклинивание, что подтвердил один из построенных опытных образцов роторно-лопастной машины. Это заклинивание можно устранить, увеличив трение роторов о корпус, но это ухудшает механический КПД. Эту проблему можно решить по-другому, отделав блокировку, гарантирующую переход роликов от маховика к корпусу. Разработано несколько вариантов этой блокировки.

Целью изобретения является повышение надежности работы роторно-лопастной машины при переходе роликов от маховика к корпусу при фиксации роторов с корпусом.

Поставленная цель достигается тем, что в известную поршневую машину, содержащую корпус с патрубками впуска и выпуска рабочей среды, торцовые крышки, ротора, соосно установленные с возможностью поочередного вращения, размещенные между роторами маховик и фиксаторы роторов, выполненные в виде роликов, размещенных в сквозных отверстиях роторов и выемках корпуса и маховика, при этом глубина выемок меньше радиуса роликов, введен механизм блокировки, который останавливает роторы в положение, когда они соединены роликами с маховиком и их ролики проходят напротив выемок в корпусе, в это мгновение включается блокировка, ротор останавливается, из-за продолжающегося вращения маховика ролик из сквозного отверстия ротора перемещается от выемки маховика в выемку маховика в выемку корпуса, дальнейшее движение маховика и соединенного с ним другого ротора выключает механизм блокировки. Сравнение предлагаемого решения с техническими решениями не только в данной области техники, но и в других не позволило выявить решения, имеющие признаки, сходные с признаками отличающими его от прототипа.

На фиг. 1 показана роторно-лопастная машина в варианте насоса, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1 (боковая торцовая крышка с резиновым сальником, подшипником, через который проходит вал); на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез по Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 1 (торцовая крышка с подшипником); на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 3, подвижные штоки; на фиг. 8 - в изометрии показаны все детали роторно-поршневой машины; на фиг. 9 - последовательные положения роторов и подвижных штоков, останавливающих роторы напротив выемок в корпусе, чтобы в них могли войти ролики из сквозных отверстий роторов: позиции "а" и "г", "б" и "д", "в" и "е" - один и тот же вид по Б-Б на фиг. 3; только виды "г", "д", "е" показывают положение роторов как бы сверху, по стрелке F - виды а, б, в.

Роторно-лопастная машина содержит корпус 1 с патрубками впуска 2, 3 и выпуска 4, 5 рабочей среды, торцовые крышки 7, 8, ротора 9, 10 в виде кольца 11, 12, с лопастями 13, 14 и сквозными позициями 15, 16 со стороны торцовых крышек, размещенный между роторами маховик 17, фиксаторы роторов в виде роликов 18, размещенных в сквозных прорезях 15, 16, выемки в корпусе 19, 20, и выемки в маховике 21, 22, выемки с внутренней торцовой стороны торцовых крышек 23, 24, глубиной меньше радиуса штока роторов 25, 26, помещенные в ступенчатые отверстия 27, 28 колен роторов 11, 12, лопасти которых 13, 14 имеют закругления 29, 30. По сравнению с известной роторно-поршневой машиной [1] появились следующие конструктивные изменения:
В торцовых крышках 7 и 8 с внутренней стороны появились выфрезерованные выемки 23, 24, глубиной меньше радиуса сферических наконечников подвижных штоков 25, 26, выфрезерованные выемки расположены на радиусе, что и радиус штоков, в эти выемки заходит шток, поворачивается с ротором на уго α, упирается в кромку выемки.

Выемки в маховике и корпусе, куда заходят ролики, имеют не прямоугольную форму, а цилиндрическую.

Штоки роторов 25, 26 выполнены ступенчатыми. Наконечник штока, что обращен к внутренней стороне торцовой крышки, имеет сферу с радиусом, меньше глубины выемок торцовых крышек. Другой наконечник штока имеет сферу с меньшим радиусом, так как шток сделан ступенчатым. Это исключает проваливание штока в рабочие камеры роторно-лопастной машины, а выйти штоку из своих отверстий 27, 28 мешают торцовые крышки. Так как меньший радиус наконечника затрудняет перемещение штока к крышке, лопасти роторов имеют закругления 29, 30. Эти два радиуса, лопасти и наконечники штока облегчают его перемещение к выемке крышки.

Ступенчатые отверстия 27, 28 в кольцах роторов 11, 12, куда помещены штоки с возможностью перемещения по оси. Ступеньки отверстий ограничивают величину выхода штифта в рабочие камеры роторно-лопастного двигателя.

Роторно-лопастная машина работает следующим образом. Маховик 17 вращается по часовой стрелке. Ротор 10 соединен с корпусом (фиг. 9 вид "а" соответствует разрезу по Б-Б на фиг. 3, то же положение, вид сверху по стрелке F, вид "г". Ротор 9 подходит к ротору 10. Торцовая поверхность лопасти 14 ротора 10, имеющая по краям определенный радиус 30, нажимает на меньший сферический наконечник штока 25. Шток выходит из отверстия кольца 11 ротора 9 и заходит в торцовую выемку 25 крышки 7. Два ротора поворачиваются вместе, ротор 10 соединяется роликом с маховиком, его движению шток 26 не мешает, так как лопасти 13 ротора 9 не оказывают воздействие на шток, а глубина выемки 24 крышки 8 меньше радиуса сферического конца штифта, перемещает штифт 26 в сторону рабочей камеры роторно-лопастной машины, давая возможность ротору 10 двигаться с маховиком по часовой повертываются так, что ролик 18 ротора 9 оказывается против цилиндрической выемки 19 корпуса 1, шток 25 своим сферическим наконечником упирается в кромку выемки крышки и останавливает движение ротора 9, так как шток 25 войти в рабочую камеру не может, этому мешает лопасть 14 ротора 10. Это положение показано на фиг. 9, "б" и "д".

Маховик 17 продолжает движение по часовой стрелке, ролик 18 выходит из цилиндрической выемки 21 маховика 17 и заходит в выемку 19 корпуса 1.

Ротор 10 движется дальше, его лопасть 14 освобождает шток 25, он теперь имеет возможность перемещаться по направлению к рабочей камере, что и делает, когда лопасть 14 ротора 10 начинает воздействовать на лопасть 13 ротора 9, так как глубина выемки и радиус сферы штока позволяет это сделать - радиус больше глубины выемки 23 и торцовой крышки 7. Это положение показано на фиг. 9, вид "в" и "е".

Роторно-лопастная машина работает следующим образом: при повороте роторов вместе торцовые поверхности лопастей ротора воздействуют на штоки ротора, который соединен с маховиком и соединяется с корпусом, штоки выходят из своих отверстий, заходят сферическими наконечниками в выемку на внутренней торцовой поверхности крышки и упираются в крышку этой выемки, в момент, когда ролики этого ролика подходят к цилиндрическим выемкам корпуса. Дальнейшее движение ротора, соединенного с маховиком и невозможность дальнейшего движения ротора, шток которого упирается в кромку выемки, заставляет сперва ролик этого ротора зайти в цилиндрическую выемку корпуса, а потом освобождает его шток, тем самым подготовив движение ротора после остановки. Показанный в материалах заявки насос может работать только при вращении вала по часовой стрелке. Чтобы он работал против часовой стрелки, нужно роторы поменять местами, т. е. ротор 9 поставить на месте ротора 10, тогда штоки будут расположены по другую сторону оси Х-Х фиг. 3, с этой же целью сделаны и длины выемки торцовых крышек на углы 2α (α+ α), можно было бы сделать выемки длиной дуги на угол только < α', так как шток выходит по оси Х-Х фиг. 2 на этот угол.

Использование: в машиностроении при создании роторно-лопастных двигателей, насосов, компрессоров. Сущность изобретения: в корпусе с патрубками впуска и выпуска рабочей среды соосно установлены с возможностью поочередного вращения роторы, между которыми размещен маховик, и фиксаторы роторов, выполненные в виде роликов, размещенных в сквозных отверстиях роторов и выемках корпуса и маховика. При этом глубина выемок меньше радиуса роликов. Машина содержит также механизм блокировки, выполненный в виде штоков, размещенных в отверстиях роторов с возможностью осевого перемещения, тем самым обеспечивая вращение или остановку роторов. Осевое перемещение штоков возможно из-за определенной геометрии их сферических наконечников, глубины выемок в крышках, величина которых меньше радиуса наконечника штока и определенного радиуса торцовой поверхности лопасти ротора. 9 ил.

РОТОРНО-ЛОПАСТНАЯ МАШИНА, содержащая копус с патрубками впуска и выпуска рабочей среды, торцевые крышки, роторы, соосно установленные в корпусе с возможностью поочередного вращения, маховик, размещенный между роторами, и фиксаторы роторов, выполненные в виде роликов, размещенных в сквозных отверстиях роторов и выемках корпуса и маховика, при этом глубина выемок меньше радиуса роликов, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе, машина снабжена механизмом блокировки, при этом в роторах выполнены отверстия, а механизм блокировки выполнен в виде штоков, размещенных в отверстиях роторов с возможностью осевого перемещения.