РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F01C1/14 F04C2/00 

Изобретение относится к роторным машинам и может быть использовано в качестве компрессорных машин для сухого или влажного (содержащего изначально или выделяющегося в процессе сжатия жидкого газа, а также при введении в полость сжатия уплотняющей жидкости извне) сжатия, совместимого со смазочным маслом или уплотняющей жидкостью газа или для расширения газа с отдачей внешней работы для вышеуказанных условий и газов, независимо от конечной цели расширения снятия с вала работы (двигатель для привода каких-либо устройств, например компрессоров), использования холода расширяющегося газа, например в системах умеренного холода или в верхних каскадах систем глубокого холода, или для других целей, в том числе различных их комбинаций, и может быть использовано в различных отраслях техники и промышленности.

Известны роторные машины, содержащие корпус с входным и выходным патрубками и перемычкой между ними, а также размещенные в корпусе шестерни внутреннего зацепления (а.с. СССР N 478945, кл. F 01 С 1/14, 1975).

Недостаток аналога невозможность создания на основе предложенной схемы машины достаточно высокой производительности и работы в области средних давлений рабочего тела.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является роторная машина, преимущественно детандер, содержащая корпус с входным и выходным каналами и перемычкой между ними, а также размещенные в корпусе шестерни, имеющие внутреннее зацепление, при этом перемычка выполнена с шириной, равной или большей шага зубьев наружной шестерни.

Недостаток прототипа низкая нагрузочная способность предложенной схемы компоновки (т.е. невозможность создания по предложенной схема машин достаточно высокой производительности и достаточно высокого рабочего давления рабочего тела), поскольку радиальные усилия от газовых сил на внутреннюю шестерню компенсируются реакциями в подшипниках качения. Поскольку всю нагрузку от давления газа несут подшипники качения, которые по влиянию факторов числа оборотов и воспринимаемой нагрузки на долговечность не могут быть признаны высоконагружаемыми, то это накладывает ограничение на общую мощность машины. Подшипники скольжения (жидкостные или газовые), более эффективные и высоконагружаемые, в данной ситуации также применены быть не могут из-за необходимости особо точной фиксации шестерен.

Цель изобретения повышение мощности и снижение удельного веса перетечек в машине.

Эта цель достигается тем, что внутренняя шестерня снабжена неподвижной разгрузочной втулкой, в которой выполнены подводящий и отводящий каналы. Это специально спрофилированная неподвижная втулка, предназначенная для разгрузки подшипников внутренней шестерни от радиальных газовых усилий, использующая давление этого же газа. Шестерни устанавливаются на валах консольно к опорам качения. Это позволяет достаточно рационально разместить неподвижную разгрузочную втулку в машине с оптимальной конфигурацией подводящего и отводящего каналов.

На фиг.1 изображена роторная машина, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 диаграмма (эпюра) распределения силовых факторов снаружи и изнутри внутренней шестерни.

Роторная машина содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 (для компрессорной машины) каналы, внутреннюю 4 и наружную 5 шестерни внутреннего зацепления, зубья которых образуют рабочие камеры переменного объема. Машина содержит во внутренней шестерне подвижную разгрузочную втулку 6, в которой выполнены подводящий 7 и отводящий 8 каналы. Для того, чтобы быть возможно ввести во внутреннюю шестерню разгрузочную втулку, применена схема крепления рабочих шестерен консольно от подшипникового узла.

Роторная машина (в качестве примера компрессорная машина) работает следующим образом.

Газ из коллектора всасывания входит во входной канал 2 и поступает из него в камеры переменного объема, образованные зубьями наружной 5 и внутренней 4 шестерен, через промежутки между зубьями наружной шестерни. С момента отсечки полости переменного объема от полости всасывания газ сжимается в замкнутых камерах переменного объема. С момента открытия камер переменного объема происходит вытеснение газа из этих камер в нагнетательную полость машины и далее в выходной канал 3.

На внутреннюю шестерню силы от давления газа действуют следующим образом (см. эпюры сил давления на фиг.3). Существует некоторая векторная равнодействующая этих сил. В подводящий канал 7 подается газ из патрубка высокого давления машины. Газ, перетекая через кольцевую щель С, создает противодавление газа на внутреннюю поверхность внутренней шестерни, чем и достигается разгрузка подшипников внутренней шестерни.

Прошедший через кольцевую щель газ собирается в отводящем канале 8 и направляется в патрубок низкого давления машины (канал 2 для компрессорной машины).

Конфигурация подводящего 7 и отводящего 8 каналов выбрана так, чтобы векторная равнодействующая сил противодавления была равна по модулю и противоположна по направлению векторной равнодействующей сил, действующих со стороны рабочего тела.

Подвод (снятие) мощности производится через вал внутренней шестерни (при увеличении крутильной жесткости наружной шестерни возможно использование для этой цели ее вала).

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в возможности значительного увеличения мощности машины и, тем самым, снижения удельного веса перетечек в общем массовом балансе машины по газу. Поскольку удельные перетечки в машине, исчисляемые в отношении к общему расходу газа через машину, являются функцией конфигурации щели и перепада давлений на щели и пропорциональны, при прочих равных условиях, первой степени линейного размера рабочей полости машины, тогда как общий расход газа через машину пропорционален третьей степени линейного размера рабочей полости машины.

Сущность изобретения: неподвижная перемычка расположена между входным и выходным каналами корпуса. В корпусе размещены на валах внутренняя и наружняя шестерни, имеющие внутренние зацепления, зубья которых образуют рабочие камеры переменного объема.Внутренняя шестерня снабжена неподвижно установленной в ее полости разгрузочной втулкой, в которой выполнены подводящий и отводящий каналы. Шестерни установлены на валах консольно относительно опор качения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. РОТОРНО-ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая корпус с входным и выходным каналами и неподвижной перемычкой, расположенной между ними, размещенные в корпусе на валах внутреннюю и наружную шестерни, имеющие внутреннее зацепление, зубья которых образуют рабочие камеры переменного объема, отличающаяся тем, что внутренняя шестерня снабжена неподвижно установленной в ее полости разгрузочной втулкой, в которой выполнены подводящий и отводящий каналы. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что шестерни установлены на валах консольно относительно опор качения.