РОТОРНАЯ МАШИНА МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ ГРЕХОВА Российский патент 1995 года по МПК F04C2/356 F01C1/356 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных отраслях машиностроения в качестве гидроагрегата гидрообъемных трансформаторов для привода ведущих колес в автомобильном и железнодорожном транспорте, а также в качестве насоса, гидромотора, компрессора и паровой машины.

Известны объемные пластинчатые машины, например, двукратного действия, содержащие статор с выступами и соосно установленный ротор с пластинами, размещенными в его пазах с некоторым угловым шагом. Между статором и ротором образована рабочая полость, разделенная пластинами на рабочие камеры. Каждый выступ статора у этих машин имеет значительный объем относительно объема каждой рабочей камеры, т.е. объем каждого выступа таков, что он способен вытеснить весь объем рабочей среды каждой рабочей камеры или большую ее часть без контакта вершины выступа с ротором. Между вершинами выступов статора попарно выполнены впускные и выпускные окна, причем каждое из этих окон и каждая перемычка между ними ограничены центральными углами, большими углового шага между пластинами (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. M. Машиностроение, 1974, с. 284).

Ввиду того, что центральные углы, ограничивающие перемычки между впускными и выпускными окнами, у этих машин больше центрального угла между пластинами в некоторых положениях ротора часть пластин в преобразовании энергии не участвует, а только запирает рабочую среду в замкнутом объеме, так как в некоторых положениях ротора каждой перемычки между впускными и выпускными окнами одновременно касаются две пластины, а для полноценного выполнения функции этими машинами необходимо и достаточно, чтобы в любом положении ротора каждой перемычки касалась только одна пластина. Не участвуют в преобразовании энергии и пластины, находящиеся в пределах впускных и выпускных окон, так как давление рабочей среды по ту и другую сторону каждой из этих пластин одно и тоже. А так как в этих машинах впускные и выпускные окна выполнены в пределах слишком большого центрального угла, то в границах расположения впускных и выпускных окон одновременно находится несколько пластин, которые не участвуют в преобразовании энергии. При этом число пластин у известных машин слишком велико, что снижает их КПД и повышает износ профилированной поверхности статора, сокращая при этом срок службы машины.

Известна пластинчатая машина многократного действия, содержащая статор с пластинами, размещенными в его пазах, выполненных с угловым шагом и соосно установленный ротор с выступами, между которыми расположены впускные и выпускные окна. Число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на три. Центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами (авт. св. N 632830, кл. F 04 C 2/344, 1975).

Машина имеет чрезмерно большое число пластин относительно числа выступов ротора, так как оно равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на три. В этом случае при каждой перемычке между впускными и выпускными окнами, ограниченной центральным углом, равным центральному углу между пластинами, сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, больше центрального угла между пластинами. Кроме того излишнее число пластин усложняет конструкцию машины.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гидроколесо, содержащее соединенный с торцовыми крышками статор с пластинами, размещенными радиально в его пазах, выполненных с угловым шагом и соосно установленный и контактирующий с торцовыми крышками и пластинами ротор с выступами и расположенными между ними впускными и выпускными окнами, причем каждый выступ ротора имеет такой объем, при котором происходит полное вытеснение рабочей среды из каждой рабочей камеры без контакта вершины выступа ротора со статором. Число пластин равно учетверенному числу выступов ротора. Центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, расположенную между выступами ротора, в несколько раз больше центрального угла между пластинами.

Однако эта машина имеет низкий КПД, слишком сложна, а так же ненадежна и недолговечна.

Целью изобретения является устранение этих недостатков и повышение КПД.

Это достигается за счет того, что в роторной машине многократного действия, содержащей соединенный с торцовыми крышками статор с пластинами, размещенными в его пазах, выполненных с угловым шагом, и соосно установленный и контактирующий с торцовыми крышками и пластинами ротор с выступами и с расположенными между ними впускными и выпускными окнами, число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, а центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами, причем сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно в роторе, равна центральному углу между пластинами, размещенными в пазах торцовых крышек.

На фиг. 1 изображена роторная машина многократного действия, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 гидромотор-колесо, продольный разрез; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3.

Роторная машина многократного действия содержит цилиндрическое статорное кольцо 1, жестко соединенное с торцовыми крышками 2, и жестко соединенный с центральным валом 3, плотно прилегающий к торцовым крышкам центральный ротор 4 с выступами 5, число К которых равно двум. В пазах 6 статорного кольца и в пазах 7 торцовых крышек размещены пластины 8, Z число которых равно удвоенному числу выступов 5, увеличенному на единицу, т.е. Z2K + 1 5, а расположены они с угловым шагом β 72. Пластины 8 разделяют рабочую полость, образующуюся между статорным кольцом 1, ротором и торцовыми крышками на рабочие камеры 9.

В теле ротора 4 выполнены кольцевые полости 10 и 11. Кольцевая полость 10 связана с рабочим камерами 9 впускными окнами 12, а кольцевая полость 11 выпускными окнами 13. Впускные и выпускные окна 12, 13 расположены попарно в роторе 4 между вершинами выступов 5. Каждая из перемычек 14 и 15 между впускными и выпускными окнами 12 и 13 ограничена центральным углом σ, равным центральному углу β между пластинами, причем перемычки 14 совмещены с вершинами выступов 5 ротора 4. Кольцевая полость 10 через входное окно 16 в торцовой крышке соединяется с питающей линией машины, а кольцевая полость 11 через выходное окно 17 в другой торцевой крышке с отводящей линией.

При этом каждое впускное и выпускное окна 12, 13 ограничены центральным углом ε 18, сумма которых равна угловому шагу между пластинами 8, т.е. 4 ε 72 β. Гидромотор колеса, представленный на фиг. 3, 4, отличается от примера машины на фиг. 1, 2; тем, что входной канал 16 и выходные каналы 17, 18 выполнены в теле вала 3. А для регулировки радиально-упорных подшипников, на которых установлен вал 3, этот гидромотор снабжен регулировочными гайками 19, закрытыми крышкой 20.

Учитывая необходимость реверсирования предложенного гидромотора, пластины 8 установлены радиально. Непосредственно на статорное кольцо 1 и торцовые крышки 2 гидромотора могут быть установлены ободы (на фиг. 3 показаны штриховой линией) для монтажа автошины или обод железнодорожного колеса.

Предлагаемая машина работает следующим образом.

При вращении ротора 4 среда через входное окно 16 поступает в кольцевую полость 10, затем из нее через впускные окна 12 в рабочие камеры 9, из которых, вытесняясь выступами 5 ротора 4, через выпускные окна 13 поступает в кольцевую полость 11, а оттуда через выходное окно 17 (18) в магистраль.

При работе машины в качестве гидромотора среда, оказывающая давление на выступ 5 в рабочих камерах 9, приводит во вращательное движение ротор 4.

У предложенной машины минимально необходимое число пластин при центральном угле, ограничивающем каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равно центральному углу между пластинами, которое является необходимым и вполне достаточным числом пластин, т.е. оптимальным. Это достигается за счет того, что у предложенной машины число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, а центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами. При этом следует иметь в виду, что если у машины центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами, то суммарный угол центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, неизбежно кратный угловому шагу между пластинами. В предложенной машине он равен только одному угловому шагу пластин, т.е. кратность его минимальна. Поэтому и число пластин у предложенной машины является минимально необходимым.

За счет того, что у предложенной машины число пластин относительно числа выступов ротора меньше, чем у известной, снижаются затраты энергии на преодоление силы трения между пластинами и ротором, а также и другими контактирующими с ними поверхностями. При этом повышается КПД, надежность и долговечность машины.

Кроме того, поскольку сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно в роторе и центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равны центральному углу между пластинами, при максимально возможной ширине окон сопротивление во впускных и выпускных окнах наименьшее, какое возможно при таком числе пластин относительно числа выступов ротора, как у предложенной машины, так как центральные углы, ограничивающие впускные и выпускные окна, имеют наибольшие значения, какие возможны при таком числе пластин относительно числа выступов ротора, как у предложенной машины.

В предложенной машине с каждой перемычкой между впускными и выпускными окнами контактирует только одна пластина и только одна из пластин находится против какого-то одного из впускных или выпускных окон. При этом все пластины, кроме только какой-либо одной из них, находящейся в любом положении ротора против одного из впускных или выпускных окон, принимают участие в преобразовании энергии.

Для доказательства оптимальности выполнения впускных и выпускных окон в совокупности с перемычками между ними рассмотрены следующие случаи. Если сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, будет больше центрального угла между пластинами при числе пластин, равном удвоенному числу выступов ротора, увеличенном на единицу, то все перемычки (т.е. каждая из них) или по крайней мере отдельные из них будут меньше центрального угла между пластинами. Но в этом случае в некоторых положениях ротора полость высокого давления будет сообщаться через впускное и выпускное окно с полостью низкого давления. В результате этого снизится КПД машины.

В случае, если сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, меньше центрального угла между пластинами, при числе пластин, равном удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, то все перемычки (т.е. каждая или по крайней мере одни из них) будут больше центрального угла между пластинами, а все впускные и выпускные окна в роторе или соответственно отдельные (впускные или выпускные) из них при этом будут меньше возможных размеров и неоправданно сократятся их сечения, что приведет к увеличению сопротивления в этих окнах и снижению КПД машины. Отсюда, у предложенной машины обеспечивается оптимальное распределение рабочей среды при минимально необходимом числе пластин, за счет этого повышается КПД машины.

Кроме того, поскольку центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами, возможна установка пластин не только в пазы статорного кольца, но и в пазы торцовых крышек, так как при размещении пластин в пазах статорного кольца и торцовых крышек рабочие камеры обладают высокой герметичностью и малейшее изменение изолированных от впускных и выпускных окон объемов рабочих камер неизбежно приводит к запиранию рабочей среды в них, что неотвратимо при центральном угле, ограничивающем перемычку, большем центрального угла между пластинами.

Благодаря размещению пластин в пазах статорного кольца и торцовых крышек повышается надежность и долговечность машины, и также расширяется область ее применения, так как при этом ее можно использовать вместо сложных и дорогостоящих аксиально-поршневых и радиально-поршневых гидромашин, т.к. предложенная машина отвечает тем требованиям по рабочему давлению, которые предъявляются к поршневым машинам, и в то же время она предельно проста и дешева в изготовлении.

Сущность изобретения: пластины статора размещены в его пазах, выполненных с угловым шагом. С торцовыми крышками и пластинами контактирует соосно установленный ротор с выступами. Между выступами расположены впускные и выпускные окна. Число пластин равно удвоенному числу выступов, увеличенному на единицу. Центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между окнами, равен центральному углу между пластинами. Сумма центральных углов, ограничивающих каждое окно в роторе, равно центральному углу между пластинами, размещенными в пазах крышек. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Роторная машина многократного действия, содержащая соединенный с торцевыми крышками статор с пластинами, размещенными в его пазах, выполненных с угловым шагом, и соосно установленный и контактирующий с торцевыми крышками и пластинами ротор с выступами и расположенными между ними впускными и выпускными окнами, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, увеличения КПД и повышения надежности и долговечности, число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, а центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно в роторе, равна центральному углу между пластинами. 3. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что пластины размещены в пазах торцевых крышек.