КОЛОВРАТНАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК F01C1/00 F04C2/00 F04C2/24 

Изобретение относится к роторным машинам, и может быть использовано в качестве двигателя или насоса.

Известен компрессор с частично внутренним сжатием, который имеет два взаимодействующих между собой ротора неодинаковой формы, установленные в корпусе, и вращающиеся в противоположные стороны, выход из компрессора смещен в сторону оси вращения одного из роторов (Голиванцев А.Г. и др. Ротационные компрессоры. М. Машиностроение, 1964, стр.221).

Недостатком компрессора является невысокая степень сжатия.

Наиболее близкой по технической сущности является роторная машина, у которой в цилиндрическом корпусе концентрически установлен профилированный ротор. В корпусе имеются входное и выходное окна. Имеется также заслонка, установленная концентрически в дополнительной цилиндрической полости, сопряженной с цилиндрическим корпусом. Заслонка и профилированный ротор выполнены вращающимися в одном направлении и соединены между собой при помощи зубчатой передачи. Внешние поверхности заслонки и профилированного ротора и внутренние поверхности цилиндрического корпуса и цилиндрической полости образуют рабочую камеру переменного объема. По ходу вращения профилированного ротора, за заслонкой, в пазу цилиндрического корпуса установлена пластина, разделяющая рабочие камеры и служащая для удаления продуктов сгорания из рабочих камер (DЕ, 2264964, F02B 53/00, 1976).

Недостатком данного решения является то, что не весь сжатый воздух поступает через клапан потребителю (так как часть его вновь поступает на сжатие), что уменьшает расход компрессора.

Технической задачей изобретения является увеличение расхода компрессора.

Технический результат достигается тем, что машина имеет цилиндрический корпус с впускным и выпускным окнами. В корпусе концентрически установлен цилиндрический профилированный ротор. В корпусе имеется сегментный вырез, в котором концентрически установлена вращающаяся заслонка-поршень.

Ротор и заслонка-поршень взаимодействуют между собой (между ними имеется минимально возможный зазор), соединены зубчатой передачей и вращаются в одном направлении. Ротор, заслонка-поршень и внутренняя поверхность корпуса образуют рабочую камеру, изменяющую свой объем при их вращении. Впускное окно расположено за вырезом. Корпус имеет сегментный вырез, в котором концентрически установлена вторая вращающаяся заслонка-поршень, взаимодействующая с заслонкой-поршнем (между ними имеется минимально возможный зазор). Заслонки-поршни соединены между собой зубчатой передачей (т.е. частоты их вращения строго согласованы) и вращаются в разных направлениях.

Заслонка-поршень служит для того, чтобы весь сжимаемый газ поступал потребителю [т. е. не происходило рециркуляции (перетекания)] сжатого газа из камеры сжатия в камеру всасывания. Заслонка-поршень и ротор между собой непосредственно не взаимодействуют.

В корпусе установлена дополнительная заслонка-поршень, взаимодействующая с заслонкой-поршнем и вращающаяся в противоположную ей сторону. Эта заслонка-поршень препятствует перетеканию сжатого газа из камеры сжатия в камеру всасывания (т.е, весь сжатый воздух через выпускное окно поступает потребителю), что увеличивает расход газа компрессором, при прочих равных условиях,
Радиальные уплотнения ротора, заслонок-поршней могут быть выполнены бесконтактными (щелевыми или лабиринтными). Торцевые уплотнения ротора, заслонок-поршней могут быть выполнены как бесконтактными (щелевыми или лабиринтными), так и контактными (в виде пластин или колец).

Заслонки-поршни могут иметь любую приемлемую форму (профилированной пластины, многоугольника и т.п.). Здесь имеется в виду, что стороны многоугольника могут быть как прямолинейными так и криволинейными.

Заявляемое решение может быть использовано как в качестве компрессора, так и в качестве насоса для подачи жидких или сыпучих сред или в качестве двигателя (пневмо- или гидродвигателя), двигателя внешнего или внутреннего сгорания.

В варианте насоса, подающего жидкость, заявляемое решение должно иметь выпускное окно в таком месте, чтобы в начале сжатия оно было сообщено с камерой сжатия (из-за малой сжимаемости жидкости).

В варианте пневмо- или гидродвигателя подвод газа или жидкости под давлением производится через впускное окно.

Частоты вращения ротора, заслонок-поршней могут быть согласованы любым возможным образом (при помощи зубчатой передачи, гидропередачи и т.п.).

На фиг.1-3 представлены различные положения ротора и заслонок-поршней в корпусе.

Коловратная машина содержит цилиндрические корпус 1, в котором концентрично установлен цилиндрический профилированный ротор 2, образующий рабочие камеры а. Корпус 1 имеет сегментный вырез 3, в котором концентрично установлена заслонка-поршень 4, вращение которой происходит в одну сторону с ротором 2. Корпус 1 имеет впускное окно 7, расположенное за сегментным вырезом 3 по ходу вращения ротора 2, и выпускное окно 8. Корпус 1 имеет также второй сегментный вырез 5, в котором концентрично установлены заслонка-поршень 6, вращающаяся в противоположную от заслонки-поршня 4 сторону, при этом заслонки-поршни 4 и 6 взаимодействуют между собой, а заслонка-поршень 4 и ротор 2 между собой. Заслонки-поршни 4 и 6, и ротор 2 соединены между собой посредством зубчатой передачи (их частоты вращения могут быть согласованы и любыминым способом).

Машина работает следующим образом.

Когда участок ротора 2 (фиг.1), наиболее удаленный от его оси вращения (участок b) находится вдали от выреза 3, то заслонка-поршень 4 делит рабочую камеру а на две части c и d При этом в камере d происходит сжатие газа, а в камеру с через впускное окно 7 поступает новая порция газа. В камере δ, соединенной с камерой d, также идет процесс сжатия газа.

При подходе участка b ротора 2 к вырезу 3 (фиг.2) заслонка-поршень 4 повернется таким образом, что не будет препятствовать дальнейшему вращению ротора 2. При этом в камеру d поступил весь газ из камеры d, и она изолируется от камеры d.

При дальнейшем вращении ротора 2 (фиг.3) заслонка-поршень 4 повернется таким образом, что разделит камеру a на две части с и d причем в камеру c будет поступать через впускное окно 7 новая порция газа, а в камере d будет происходить сжатие газа. Одновременно с этим заслонка-поршень 4 повернулась таким образом, что соединила камеру d, в которой находится порция сжатого газа, с выпускным окном 8, и сжатий газ через него поступает потребителю. Заслонка-поршень 6 при этом препятствует перетеканию сжатого газа вновь на сжатие. В дальнейшем все периодически повторяется.

Таким образом, выполнение ротора 2 и заслонки-поршня 4 вращающимися в одном направлении позволяет иметь большую геометрическую степень сжатия по сравнению с компрессорами типа Рутс и с частично внутренним сжатием и равную существующим винтовым компрессором. Наличие в конструкции заслонки-поршня 6 позволяет исключать рециркуляцию сжатого газа из камеры сжатия в камеру всасывания.

Однако заявляемое решение имеет более простую (2х мерную) форму ротора 2, заслонок-поршней 4 и 6 по сравнению с роторами винтовых компрессоров, имеющих пространственную (3-х мерную) форму. Следовательно, заявляемое решение более просто и менее дорого в производстве. ЫЫЫ2

Использование: в роторных машинах и может быть использовано в качестве двигателя или насоса. Сущность изобретения: в цилиндрическом корпусе с впускным и выпускным окнами концентрично установлен профилированный ротор, по меньшей мере одна вращающаяся заслонка-поршень, концентрично установленная в сегментном вырезе корпуса, причем вращение ротора заслонки-поршня происходит в одном направлении. Внутренняя поверхность корпуса и поверхность ротора и заслонки-поршня образуют рабочую камеру переменного объема. В другом сегментном вырезе корпуса концентрично установлена вторая вращающаяся заслонка-поршень, взаимодействующая с заслонкой-поршнем. Заслонки-поршни вращаются в противоположных направлениях. Ротор и заслонки-поршни соединены между собой посредством зубчатой передачи. 3 ил.

Коловратная машина, содержащая цилиндрический корпус с впускным и выпускным окнами, цилиндрический профилированный ротор с выступом, концентрично установленный в корпусе, заслонку-поршень, концентрично установленную в цилиндрической полости, сопряженной с корпусом, рабочую камеру переменного объема, образованную внутренними поверхностями корпуса и полости и внешними поверхностями профилированного ротора и заслонки-поршня, при этом ротор и заслонка-поршень соединены между собой при помощи зубчатой передачи и установлены с возможностью вращения в одном направлении, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной заслонкой-поршнем, концентрично установленной в дополнительной цилиндрической полости, сопряженной с первой цилиндрической полостью, при этом ротор и заслонки-поршни соединены между собой посредством зубчатой передачи, а заслонки-поршни установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях.