РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 1998 года по МПК F01C1/344 F04C2/344 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в обратимых насосах. В качестве рабочей среды в роторной машине применимы жидкости и газы.

Известна роторная машина [1], содержащая корпус с торцевыми крышками, впускные и выпускные отверстия, в цилиндрической расточке корпуса концентрично на валу установлен ротор с прорезями, в которых размещены шибера с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси вращения ротора. На внутренних поверхностях торцевых крышек выполнены равномерно чередующиеся между собой выступы и впадины, имеющие плоские участки, сопряженные с выступами и впадинами. Внутренние поверхности торцевых крышек эквидистанты. Рабочие камеры в направлении вдоль оси вращения ротора ограничены торцевыми поверхностями ротора и внутренними поверхностями торцевых крышек. Таким образом, рабочие камеры расположены по разные стороны от торцов ротора. Шибера взаимодействуют своими торцами с внутренней поверхностью торцевых крышек и при вращении ротора совершают возвратно-поступательное движение в прорезях ротора.

В качестве ближайшего аналога выбрана роторная машина [2], содержащая установленный в корпусе ротор с радиальными прорезями, в которых размещены с возможностью движения вдоль оси вращения ротора шибера. Рабочая камера машины ограничена в осевом направлении противолежащими торцами корпуса и ротора, а в радиальном направлении - участками поверхности вала ротора и внутренней цилиндрической поверхности корпуса, заключенными между указанными торцами ротора и корпуса. В рабочей камере установлена перегородка, разделяющая впускное и выпускное отверстия и прилегающая с возможностью скользящего контакта к торцу ротора и валу ротора. При вращении ротора шибера совершают сложное движение, вращаясь вместе с ним и одновременно перемещаясь вдоль его оси вращения. Когда шибера находятся в удалении от перегородки, они выдвинуты в рабочую камеру из ротора. По мере приближения шиберов к перегородке, в процессе вращения ротора, они постепенно вдвигаются в ротор до положения, в котором они не выступают за торец ротора. В этом положении они проходят мимо перегородки, не задевая ее при вращении ротора.

Для того чтобы обеспечить осевое перемещение шиберов в прорезях ротора, предусмотрены средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов, представляющие собой выполненную на внутренней поверхности корпуса канавку с профилированной поверхностью, в которую входят кромки шиберов. Эта канавка, проходящая по линии, сходной с синусоидой, играет роль копира, задавая характер осевого перемещения шиберов в прорезях ротора при его вращении.

Недостаток описанных выше машин состоит в том, что объем шиберов, находящихся в рабочей камере, влияет на равномерность подачи машины и на ее производительность.

Целью изобретения является увеличение равномерности подачи и производительности машины с возвратно-поступательным движением шиберов вдоль оси вращения ротора за счет включения влияния на них объема шиберов.

Поставленная цель достигается тем, что роторная машина, содержащая корпус с впускным и выпускным отверстиями, установленный в корпусе ротор с размещенными в нем с возможностью движения вдоль его оси вращения по меньшей мере двумя шиберами, рабочую камеру, ограниченную в направлении вдоль оси вращения ротора с одной стороны первым из его торцов, а с другой стороны рабочая камера ограничена противолежащей этому торцу стенкой корпуса, расположенную в рабочей камере перегородку, находящуюся в скользящем контакте с этим торцом ротора и закрепленную на внутренней поверхности корпуса таким образом, что она разделяет впускное и выпускное отверстия, средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов, согласно изобретению снабжена опорно-распределительным элементом, который контактирует своим торцом с возможностью скольжения со вторым торцом ротора, причем в упомянутом торце опорно-распределительного элемента выполнены две не соединяющиеся между собой полости, одна из которых соединена каналом с входным отверстием, а другая соединена каналом с выходным отверстием.

Кроме того, с целью уменьшения осевых вибраций ротора в нем могут быть выполнены сквозные каналы, соединяющие противолежащие торцы ротора, находящиеся между двумя соседними шиберами.

С целью уменьшения гидравлических потерь при возвратно-поступательном движении шиберов, для уменьшения их массы и с целью выравнивания силы давления, которая действует на торец шибера, обращенный в сторону рабочей камеры, и противолежащий ему торец, в каждом шибере выполнено сквозное отверстие, начинающееся на торце шибера, который обращен в сторону рабочей камеры, и заканчивающееся на торце шибера, который противолежит этому торцу шибера.

С целью упрощения и повышения точности изготовления и создания более хороших уплотнений в рабочей камере шибера могут быть выполнены в виде цилиндров, ориентированных в роторе в осевом направлении, причем для улучшения условий смазки и более равномерного износа, шибера могут быть установлены в роторе с возможностью вращения вокруг своей оси.

Подобно машинам других типов, данная машина может быть сконструирована многокамерной и иметь количество перегородок, большее одного, причем количество полостей, выполненных в торце опорно-распределительного элемента, соответствующим образом увеличивается.

На фиг. 1 дан продольный разрез машины; на фиг. 2 - развертка ротора и боковой цилиндрический поверхности машины.

Роторная машина (по фиг. 1) содержит корпус 1, включающий в себя корпусные крышки 2 и 3. В середине цилиндрической расточки корпуса 1 установлен насаженный на вал 4 ротор 5. В роторе 5 по всей его длине выполнены прорези 6, в которых размещены шибера 7 с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль его оси вращения. Машина может содержать два и большее количество шиберов.

Машина содержит закрепленную на внутренней поверхности корпуса перегородку 8, в частности, она закреплена на корпусной крышке 2. Перегородка 8 прилегает к первому торцу ротора 5, который обращен к этой корпусной крышке 2, и валу 4 ротора 5 с образованием между ними скользящего контакта. В данной заявке торец ротора 5, обращенный к корпусной крышке 2, назван первым торцом ротора 5. Рабочая камера, таким образом, ограничивается в направлении вдоль оси вращения ротора 5 с одной стороны внутренней поверхностью корпусной крышки 2, а с другой стороны первым торцом ротора 5, который обращен в сторону этой торцевой крышки 2. Перегородка 8 разделяет впускное и выпускное отверстия, которые выходят в рабочую камеру (эти отверстия на чертеже не показаны, чтобы не усложнять чертеж). В радиальном направлении рабочая камера ограничена радиальными средствами изоляции. Средства изоляции - это все то, что препятствует вытеканию рабочего тела из рабочей камеры. В представленной на чертежах конструкции радиальные средства изоляции - это поверхность вала 4, поверхность перегородки 8 и внутренняя поверхность корпуса 1, которые заключены между корпусной крышкой 2 и первым торцом ротора 5.

Машина содержит средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов 7 в прорезях 6 ротора 5. В данном на чертежах варианте исполнения машины этими средствами является замкнутый криволинейный паз 9, выполненный на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Кроме того, каждый шибер 7 снабжен выступом 10, который входит в паз 9 и образует с ним скользящий контакт. Паз 9 выполнен таким образом, что шибера 7, находящиеся напротив торца перегородки 8, которым она прилегает к первому торцу ротора 5, вдвинуты в ротор 5 на одинаковое расстояние, а часть шиберов 7, находящихся в удалении от перегородки 8, выдвинута из ротора 5 и контактирует с возможностью скольжения с внутренней поверхностью торцевой крышки 2, отделяя в рабочей камере впускное отверстие от выпускного, и создает, таким образом, участок рабочей камеры, сообщающийся с впускным отверстием, и участок рабочей камеры, сообщающийся с выпускным отверстием.

Машина содержит опорно-распределительный элемент 11, который закреплен на корпусной крышке 3 и может образовывать с ней единую деталь. Опорно-распределительный элемент 11 контактирует с возможностью скольжения своим торцом со вторым торцом ротора 5. В данной заявке торец ротора 5, находящийся напротив торцевой крышки 3, назван вторым торцом ротора 5. В этом конце опорно-распределительного элемента 11 выполнены две не соединяющихся между собой полости, одна из которых расположена напротив участка рабочей камеры, сообщающегося с впускным отверстием, и соединена с ним каналом (не показан), а другая расположена напротив участка рабочей камеры, сообщающегося с выпускным отверстием, и также соединена с ним каналом (не показан).

Кроме того, в роторе 5 выполнены сквозные каналы 12, соединяющие противолежащие торцы ротора 5, находящиеся между двумя соседними шиберами 7 (см. фиг. 2).

Машина может работать в режиме насоса и режиме гидромотора.

В качестве насоса, машина работает следующим образом.

После запуска машины при вращении ротора 5 выступы 10 шиберов 7 начинают скользить по криволинейному пазу 9 и совершать вдоль оси вращения ротора 5 возвратно-поступательное движение, которое передается шибером 7.

Причем паз 9 выполнен таким образом, что движение шиберов 7 за один оборот ротора 5 характеризуется следующим циклом. Шибер 7, находящийся напротив торца перегородки 8, которым она прилегают к первому торцу ротора 5, вдвинут в ротор 5 и не движется вдоль его оси вращения.

Далее, по мере удаления шибера 7 от перегородки 8 он начинает выдвигаться из прорези 6 ротора 5 в полость рабочей камеры и в какой-то момент коснется своим торцом внутренней поверхности торцевой крышки 2. Далее шибер 7 скользит своим торцом по внутренней поверхности торцевой крышки 2 и не движется вдоль оси вращения ротора 5. Затем по мере приближения к перегородке 8 он начинает плавно вдвигаться в ротор 5 и к моменту прохождения через перегородку 8 вдвинут в ротор 5. При скольжении по внутренней поверхности торцевой крышки 2 шибер 7 разделяет рабочую камеру на полости, в одной из которых образуется зона низкого давления, а в другой образуется зона высокого давления, которые соответственно связаны с впускным и выпускным отверстиями машины (не показаны).

Объем рабочего тела, заключенный между двумя соседними шиберами 7, которые скользят по внутренней поверхности торцевой крышки 2, переносится из зоны низкого давления в зону высокого давления.

Сила давления, действующая со стороны рабочей камеры на первый торец ротора 5, компенсируется опорно-распределительным элементом 11, торец которого находится в скользящем контакте со вторым торцом ротора 5. Две не соединяющиеся между собой полости, которые выполнены в этом торце опорно-распределительного элемента 11, расположены одна напротив полости рабочей камеры с зоной низкого давления, а другая напротив полости рабочей камеры с зоной высокого давления. Противолежащие полости рабочей камеры и опорно-распределительного элемента 11 соединены между собой каналом и образуют соответственно противолежащие зоны низкого и высокого давления, которые компенсируют осевую нагрузку на торец ротора 5.

При вращении ротора 5, по мере удаления шибера 7 от перегородки 8, он вдвигается в полость рабочей камеры с зоной низкого давления и вносит в нее свой объем. Но с другой стороны, точно такой же объем рабочего тела заполнит прорезь 6, в которой размещен этот шибер 7 из противолежащей полости опорно-распределительного элемента 11, с которой эта прорезь 6 сообщается. Далее шибер 7 в рабочей камере скользит своим торцом по внутренней поверхности торцевой крышки 2, а торец опорно-распределительного элемента 11, скользящий по второму торцу ротора 5, перекрывает прорезь 6, в которой находится данный шибер 7, и отделяет ее от полостей, выполненных в нем. По мере приближения шибера 7 к перегородке 8 шибер 7 начинает вдвигаться в ротор 5 и объем вытесняемого рабочего тела из полости рабочей камеры с зоной высокого давления уменьшается на величину объема шибера 7, который вдвигается в ротор 5. Но точно такой же объем рабочего тела вытесняется в полость опорно-распределительного элемента 11, находящуюся напротив полости рабочей камеры с зоной высокого давления, так как прорезь 6, в которой находится данный шибер 7, соединяется с полостью опорно-распределительного элемента 11, которая соединена каналом с противолежащей полостью рабочей камеры с зоной высокого давления. Таким образом компенсируется влияние объема шиберов 7 на равномерность подачи и производительность машины.

Аналогичным образом машина работает и с цилиндрическими шиберами.

В качестве гидромотора машина работает подобно другим типам обратимых насосов.

Роторная машина может быть использована в качестве обратимого насоса. Роторная машина содержит корпус 1, ротор 5 с прорезями, в которых размещены шиберы 7 с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль его оси вращения. Внутри корпуса 1 закреплен опорно-распределительный элемент 11. Торец элемента 11 контактирует с возможностью скольжения с торцом ротора 5. В торце опорно-распределительного элемента 11 выполнены две не соприкасающиеся полости, одна из которых соединена каналом с входным отверстием, другая - с выходным отверстием. Увеличивается равномерность подачи и производительности машины за счет исключения влияния на них объема шиберов 7. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Роторная машина, содержащая корпус с впускным и выпускным отверстиями, средства изоляции, установленный в корпусе ротор с размещенными в нем с возможностью движения вдоль его оси вращения по меньшей мере двумя шиберами, рабочую камеру, ограниченную в направлении вдоль оси вращения ротора с одной стороны первым из его торцов, а с другой стороны рабочая камера ограничена противолежащей этому торцу стенкой корпуса, установленную в рабочей камере перегородку, находящуюся в скользящем контакте с этим торцом ротора и разделяющую впускное и выпускное отверстия, средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов, отличающаяся тем, что внутри корпуса закреплен опорно-распределительный элемент, торцом контактирующий с возможностью скольжения с вторым торцом ротора, причем в упомянутом торце опорно-распределительного элемента выполнены две не соприкасающиеся между собой полости, одна из которых соединена каналом с входным отверстием, а другая соединена каналом с выходным отверстием. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что участки противоположных торцов ротора, находящиеся между двумя соседними шиберами, соединены между собой каналами, выполненными в роторе. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что шиберы выполнены в виде цилиндров. 4. Машина по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что цилиндры установлены внутри ротора с возможностью вращения вокруг своей оси. 5. Машина по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что в каждом шибере выполнено сквозное отверстие, начинающееся на торце шибера, который обращен в сторону рабочей камеры, и заканчивающееся на торце шибера, который противолежит этому торцу шибера.