РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК F04C2/00 F04C18/00 

Изобретение относится к машинам объемного действия роторного типа, а именно к устройствам для сжатия газа в уменьшающемся объеме с затратой работы и последующего его расширения в увеличивающемся объеме с получением работы, которые могут быть использованы или как холодильная машина, или как двигатель, в зависимости от того, отводится ли теплота от газа после сжатия перед его расширением или подводится к нему.

Известны машины объемного действия роторного типа с выдвигающимися лопастями в сторону увеличения радиуса или аксиально.

Наиболее близким к предлагаемой машине сжатия и расширения газа по технической сущности является роторная машина, содержащая корпус и цилиндрический ротор с цилиндрическими разделителями.

Недостатками известных машин объемного действия, являются малый ресурс работы из-за возникновения больших удельных сил трения на периферийных поверхностях разделителей при прижатии их к корпусу с большими скоростями скольжения в направлении вращения, что приводит к интенсивному износу мест контакта, а работа лишь одного конца выдвигающегося разделителя и наличие полостей или только наполнения и сжатия, следующих друг за другом, или только расширения и эвакуации не позволяют организовать при использовании одного ротора наполнение, сжатие, расширение и эвакуацию газа одновременно при совершении замкнутого цикла тепловой машины (холодильной или двигателя) с разными степенями сжатия и расширения, что особенно важно для работы холодильной машины.

Техническая задача изобретения повышение ресурса работы и обеспечение возможности работы в режиме как холодильной машины с высокой эффективностью, так и в режиме двигателя с одним ротором.

Технический результат достигается тем, что роторная машина, содержащая корпус, торцовые кольца с профилированными канавками, цилиндрический ротор с отверстиями, расположенными параллельно оси ротора, в которых с возможностью перемещения и взаимодействия с кольцами установлены цилиндрические разделители с закругленными кольцами, радиус скругления которых соответствует радиусу профиля канавки и выпускные и впускные каналы, отличающаяся тем, что, на одном торце ротора выполнен кольцевой выступ, расположенный на радиусе осей отверстий и имеющий радиус скругления, совпадающий с радиусом скругления разделителей.

На фиг.1 представлена роторная машина, поперечное сечение; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение В-В на фиг.2; на фиг.5 вид по стрелке Г на фиг.2; на фиг.6 вид по стрелке Д на фиг. 3; на фиг.7 индикаторные диаграммы работы машины в холодильном и двигательном режимах (Р-давление), V-объем).

Роторная машина имеет корпус 1, в котором расположены цилиндрический ротор 2 с цилиндрическими разделителями 3 с закругленными концами, торцовые кольца 4 и 5 с профилированными канавками по обе стороны разделителей, кольца 6 и 7 под разделителями и над ними с одной стороны торца ротора и кольца 8 и 9 с другой. В корпусе и в кольцах выполнены отверстия 10 для входа газа в полости 11 сжатия переменного объема и отверстие 12 для выхода сжатого газа из них, отверстие 13 для сжатого газа в полости 14 расширения переменного объема и отверстия 15 для выхода расширенного газа из полостей 14. Со стороны сжатия на торце ротора на радиусе осей отверстий выполнен кольцевой выступ 16 в профильном сечении скругленный радиусом, равным радиусу скругления разделителей.

При работе роторной машины во время вращения ротора 2 в корпусе 1 разделители 3 перемещаются возвратно-поступательно между торцовыми кольцами 4 и 5 в осевом направлении в отверстиях ротора, так, что нагрузка от центробежных сил не передается на поверхности полостей 11 сжатия и полостей 14 расширения, в которых скорости скольжения относительно колец 6, 7, 8 и 9 намного выше, чем скорости возвратно-поступательного движения разделителей на наружных поверхностях отверстий ротора, несущих эти разделители.

В полости 11 сжатия газ попадает через отверстия 10, как показано стрелками на фиг.2, сжимается в этих полостях между разделителями при их утоплении до выпуска его через отверстие 12 в теплообменник для отвода или подвода теплоты (в зависимости от режима работы или как холодильной машины или как теплового двигателя). Из теплообменника сжатый газ через отверстие 13 попадает в полости 14 расширения, в которых расширяется (между разделителями при их выдвижении) до выпуска его через отверстия 15, как показано на фиг.3.

Степень сжатия в полостях 11 выше степени в полостях 14 из-за наличия в полостях сжатия участков кольцевого выступа 16, существенно уменьшающего конечный объем полостей 11, что видно из фиг.5.

Процесс сжатия в Р-V координатах на фиг.7 обозначен линией а-б от барометрического давления Р_δ линия б-в соответствует уменьшению давления в теплообменнике при охлаждении газа с отводом теплоты (-q), расширение определяется линией в-г до барометрического давления Р_δ Необходимое отличие степени сжатия P₂/P₁ от степени расширения P₃/P₄ обеспечивается кольцевым выступом 16 на роторе 2 со стороны полостей сжатия 11. Если машина работает в режиме двигателя, то после сжатия по линии а-б происходит подвод теплоты (+q) в теплообменнике по линии б-в с увеличением объема газа, а расширение происходит по линии в-г с некоторым недорасширением газа, как в поршневых двигателях.

Использование в качестве лопастей цилиндрических разделителей с закругленными концами, перемещающихся в роторе в осевом направлении между двумя торцовыми кольцами с профилированными канавками, расположенными по обе стороны ротора, исключает возникновение больших удельных сил трения на поверхностях элементов, выполняющих роль лопастей и перемещающихся с большой скоростью в направлении вращения, а возможность вращаться разделителям в отверстиях ротора позволяет самопроизвольно менять поверхности скольжения на них с большими нагрузками, что увеличивает ресурс работы роторной машины.

Использование: для работы машин объемного действия и обеспечивает возможность работы в режиме как холодильной машины с высокой эффективностью, так и в режиме двигателя с одним ротором. Сущность изобретения: лопасти выполнены в виде цилиндрических разделителей с закругленными торцами, расположенных в роторе параллельно оси вращения между торцовыми кольцами с профилированными канавками, а на торцовой поверхности ротора со стороны сжатия на радиусе осей отверстий выполнен кольцевой выступ в профильном сечении скругленный радиусом, совпадающим с радиусом скругления разделителей. 7 ил.

РОТОРНАЯ МАШИНА, содержащая корпус, торцевые кольца с профилированными канавками, цилиндрический ротор с отверстиями, расположенными параллельно оси ротора, в которых с возможностью перемещения и взаимодействия с кольцами установлены цилиндрические разделители с закругленными концами, радиус скругления которых соответствует радиусу профиля канавки, и впускные и выпускные каналы, отличающаяся тем, что на одном торце ротора выполнен кольцевой выступ, расположенный на радиусе осей отверстий и имеющий радиус скругления, совпадающий с радиусом скругления разделителей.