РОТОРНАЯ МАШИНА КУРОЧКИНА Российский патент 1997 года по МПК F04C2/344 F04C18/344 F04C27/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в насосно- и двигателестроении.

Известны роторные машины, содержащие цилиндрический корпус, с концентрично установленным в подшипниках цилиндрическим статорным кольцом, внутри него с эксцентриситетом установлен цилиндрический ротор, радиальных пазах которого размещены подпружиненные пластины, касающиеся внутренней поверхности статорного кольца (DE, патент N 3315571, F 01 C 1/344, 1985).

Недостатком этого решения являются высокие потери на трение пластин о статорное кольцо и ротор, большие утечки рабочей среды по гребням пластин из-за линейного контакта, а также большая удельная масса и радиальные габариты, диктуемые необходимостью ограничивать вылет пластин из пазов ротора по условиям заклинивания.

Известна также роторная машина, у которой в пазах ротора дополнительно установлены цилиндрические стержни, имеющие на периферийных участках продольные пазы, в которых с возможностью радиального перемещения установлены подпружиненные пластины. (SU, N 1665047, F 01 C 1/344, 1991).

При этом решении снижаются потери на трение за счет снижения сил в паре пластика-ротор и уменьшаются радиальные размеры, поскольку нет необходимости ограничивать вылет пластин из пазов ротора.

Задачей изобретения является устранение шума при работе роторной машины, локальных износов статорного кольца, снижение утечек рабочей среды и уменьшение потерь на трение. Технический результат достигается тем, что оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими пластинами; а внутренняя поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием:
L>2E + T,
где L длина рабочей грани многогранника;
E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца;
T ширина контактной поверхности радиального конца пластины.

Жесткое соединение стержня с пластинами приводит к реализации кинематически замкнутого механизма и исключению гистерезиса движения частей механизма, что исключает возможность ударов при перекладке стержней и сопутствующих им шумов и износов. Дополнительным эффектом является взаимное уравновешивание, через жесткое соединение со стержнем, центробежных сил от противолежащих пластин, что существенно снижает потери на трение, т.к. центробежные силы от пластин в прототипе создают наибольшую долю потерь на трение. Дополнительное снижение потерь на трение происходит из-за взаимной компенсации кориолисовой и инерционной сил с тангенциальной силой давления рабочей среды на пластины.

Также тем, что контактная поверхность радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня, что позволяет применять роторную машину в условиях эксплуатации, когда направление результирующей силы, приложенной к статорному кольцу, заведомо неизвестно или переменно.

А также тем, что ширина контактной поверхности радиального конца пластины больше толщины пластины, что позволяет снизить потери на трение от сил, синхронизирующих вращение ротора и статорного кольца.

Дополнительно тем, что в центральной части каждой контактной поверхности пластины выполнен продольный паз, в который установлен упругий уплотнительный элемент, имеющий форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например, по дуге окружности, что позволяет снизить утечки рабочей среды.

И еще тем, что ротор и статорное кольцо кинематически соединены зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1, что позволяет передавать или отбирать мощность со статорного кольца.

На фиг. 1 изображена роторная машина, поперечный разрез; на фиг. 2 - участок контактной поверхности радиального конца пластины в увеличенном виде; на фиг. 3 схема сил, действующих в кинематическом механизме, в котором контактная поверхность радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня; на фиг. 4 схема сил, действующих в кинематическом механизме, в котором контактная поверхность радиального конца пластины выполнена не под прямым углом к оси стержня.

Роторная машина содержит корпус 1, концентрично установленное в нем с возможностью вращения статорное кольцо 2, эксцентрично размещенный в кольце 2 ротор 3 с радиальными пазами 4. В радиальных пазах 4 расположены пластины 5. В роторе 3 выполнены сквозные диаметральные профилированные пазы 6, в которые пропущены стержни 7, концы которых жестко соединены с прилегающими пластинами 5. Внутренняя поверхность статорного кольца 2 выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней 8, равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием: L>2E + T, где L длина рабочей грани многогранника; E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца; T ширина контактной поверхности радиального конца пластины 9. Контактная поверхность 9 радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня 7. Ширина контактной поверхности 9 радиального конца пластины больше толщины пластины 5. В центральной части каждой контактной поверхности 9 пластины 5 выполнен продольный паз 10, в который установлен упругий уплотнительный элемент 11, имеющий форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например, по дуге окружности. Ротор 3 и статорное кольцо 2 могут быть кинематически соединены зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1.

При вращении ротора 3 боковые поверхности пазов 4 передают крутящий момент на пластины 5, попарно соединенные в одно целое стержнями 7. Пластины проходят во вращение и контактными поверхностями 9 давят на рабочие грани 8 статорного кольца 2, препятствующего вращению пластин (фиг. 3). На контактных поверхностях 9 противолежащих пластин 5 реализуется пара сил F_син, оси действия которых разнесены на величину, равную ширине контактной поверхности 9. Эта пара сил передает крутящий момент на статорное кольцо 2, которое начинает вращаться с угловой скоростью, равной угловой скорости ротора 3. При вращении пластины 5 начинают перемещаться вдоль рабочих граней 8, при большом вылете из пазов 4 опережая статорное кольцо, при малом вылете отставая от него. Таким образом реализуется относительное возвратно-поступательное движение каждой пластины 5 в пределах своей рабочей грани 8.

При запуске роторной машины на контактных поверхностях 9 возникают синхронизирующие вращение силы F_син (фиг. 3), величина которых равна:
F_син 2•F_тр.ск.•R/Т/Z,
где F_тр.ск. сила трения в подшипнике статорного кольца;
R радиус приложения силы трения в подшипнике статорного кольца (радиус наружной поверхности статорного кольца 2);
T ширина контактной поверхности радиального конца пластины 9;
Z количество пластин 5.

На практике момент, передаваемый на статорное кольцо 2, определяется шириной контактной поверхности, поэтому требуется ее увеличивать как только возможно по конструктивным соображениям. На установке УМД-12 при запуске F_син примерно равна силе трения, приложенной к статорному кольцу, что приводит к некоторому увеличению потерь на трение при запуске роторной машины.

Однако в работе на пластину в радиальном направлении действуют центробежные силы F_c и гидро- или газостатические силы F_g, равнодействующая которых направлена в сторону наибольшего вылета пластины, где контактная поверхность 9 обгоняет статорное кольцо 2. Сила трения F_тр.лоп. пластины 5 о рабочую грань 8 всегда направлена по вращению статорного кольца 2. Эта сила по величине примерно равна равнодействующей силе торможения статорного кольца 2, складывающейся из двух составляющих: силы трения подшипника статорного кольца F_тр.ск. и гидро- или газостатической силы F_d, действующей непосредственно на статорное кольцо и препятствующей вращению в случае использования роторной машины в качестве двигателя. При использовании роторной машины в качестве насоса эта сила не возникает. Таким образом в работе статорное кольцо 2 приводится во вращение силой трения пластин 5 о статорное кольцо 2, а силы, дополнительно возникающие на контактных поверхностях 9, лишь синхронизируют вращение статорного кольца 2 относительно ротора 3. На практике, на оптимальных режимах работы, синхронизация осуществляется смещением оси приложения суммы сил F_c и F_g относительно оси пластины 5, а дополнительных синхронизирующих сил F_син не возникает. При выполнении контактной поверхности 9 не под прямым углом к оси стержня работа роторной машины остается прежней (фиг. 4), но пропадает возможность реверсировать направление вращения роторной машины. Однако повышается технологичность изготовления пластин.

При выполнении в центральной части контактной поверхности 9 пластины 5 продольного паза 10, и установке в него упругого уплотнительного элемента 11 имеющего форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например, по дуге окружности, реализуется уплотнительное устройство, которое при минимальном усложнении конструкции, не занимая дополнительного объема, практически полностью исключает утечки рабочей среды по гребням пластин 5, являясь при этом практически безизносным уплотнением. Уплотнение происходит масляным клином реализуемым на переднем фронте упругого элемента при любом направлении движения пластины. При этом масляный клин предохраняет элемент 11 от непосредственного контакта с рабочей гранью 8 и устраняет все просветы, вызванные неточностью изготовления.

Если мощность снимается или подводится через статорное кольцо, возникает необходимость в соединении ротора и статорного кольца зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1, через которую и будет происходить передача мощности.

Жесткое соединение стержней с пластинами может быть выполнено различными способами: сваркой, пайкой, клеевым соединением. Стержни также могут быть выполнены за одно целое с пластинами.

Использование: в области машиностроения и может быть применено в насосо- и двигателестроении. Сущность изобретения: в роторной машине, содержащей корпус с цилиндрической расточкой и каналами подвода и отвода рабочей среды, соосно установленное в корпусе статорное кольцо, эксцентрично установлен в корпусе ротор с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них стержнями с разделительными пластинами на концах, имеющими возможность радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер. Оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими пластинами, а внутренняя поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием: L>2E + T, где L - длина рабочей грани многогранника; E - эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца; T - ширина контактной поверхности радиального конца пластины. Контактная поверхность радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня. Ширина контактной поверхности радиального конца пластины больше толщины пластины. В центральной части каждой контактной поверхности пластины выполнен продольный паз, в который установлен упругий уплотнительный элемент, имеющий форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например по дуге окружности. Ротор и статорное кольцо пневматически соединены зубчатой передачей с передаточным отношением 1:1. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Роторная машина, содержащая корпус с цилиндрической расточкой и каналами подвода и отвода рабочей среды, соосно установленное в корпусе статорное кольцо, эксцентрично установленный в корпусе ротор с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них стержнями с разделительными пластинами на концах, имеющими возможность радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер, отличающаяся тем, что оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими пластинами, а внутренняя поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней, равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием
L > 2Е + Т,
где L длина рабочей грани многогранника;
Е эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца;
Т ширина контактной поверхности радиального конца пластины. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что контактная поверхность радиального конца пластины выполнена под прямым углом к оси стержня. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ширина контактной поверхности радиального конца пластины больше толщины пластины. 4. Машина по пп.1 3, отличающаяся тем, что в центральной части каждой контактной поверхности пластины выполнен продольный паз, в который установлен упругий уплотнительный элемент, имеющий форму пластины, изогнутой в поперечном сечении, например по дуге окружности. 5. Машина по пп.1 4, отличающаяся тем, что ротор и статорное кольцо кинематически соединены зубчатой передачей с передаточным отношением 1 1.