МАШИНА ОБЪЕМНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2000 года по МПК F01C1/00 F04C18/00 

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для сжатия и перемещения газов.

Известны поршневые машины объемного действия, содержащие корпус с кривошипношатунным механизмом привода, цилиндр, закрепленный на корпусе, в котором, с возможностью перемещения, размещен цилиндрический поршень, образующий со стенками цилиндра одну или несколько рабочих камер, поршень соединен с механизмом привода, на цилиндре расположены органы газораспределения в виде самодействующих клапанов, взаимодействующие с образованными в цилиндре рабочими камерами, на механизме привода установлены маховик и вентилятор [1].

Такие машины, имея в своей конструкции возвратно-поступательно движущиеся узлы и детали, отличаются существенной неуравновешенностью и, как следствие, известными ограничениями по быстроходности и, соответственно, завышенными габаритными размерами и весом. Наличие маховика и вентилятора также ведет к увеличению массогабаритных параметров.

Указанные недостатки поршневых машин частично отсутствуют в машинах объемного действия ротационного типа.

Известны машины объемного действия ротационного типа, включающие корпус с окнами всасывания и нагнетания, размещенные в корпусе с образованием рабочих камер роторы с боковыми поверхностями, образованными каоксиальными цилиндрическими внутренней и наружной поверхностями разного радиуса и двумя плоскими поверхностями, параллельными оси вращения роторов, механизм синхронизации вращения роторов с передаточным диском [2].

По сравнению с поршневыми такие ротационные машины лучше уравновешены за счет отсутствия возвратно-поступательно движущихся деталей, поэтому более быстроходны. Однако для сглаживания неравномерности вращения приводного вала машина должна содержать маховик, а для эффективного охлаждения - вентилятор и оребрение цилиндра, что в совокупности приводит к увеличению массогабаритных параметров машины.

Наиболее близкой к заявляемой является машина объемного действия, содержащая корпус с торцевыми крышками, механизмом привода, закрепленным на нем, в котором с возможностью вращения размещены два соосных лопастных ротора, образующих в кожухе рабочие камеры, роторы соединены с механизмом привода, который обеспечивает их вращение с различными переменными угловыми скоростями, на кожухе расположены органы газораспределения, взаимодействующие с рабочими камерами, на механизме привода установлен маховик для сглаживания неравномерности противодействующего момента, а для охлаждения кожуха и корпуса установлен вентилятор (маховик и вентилятор условно не показаны) [3].

Недостатком прототипа являются значительные массогабаритные параметры.

Задача изобретения - снижение массогабаритных параметров машины объемного действия.

Поставленная задача достигается тем, что известная машина объемного действия, содержащая корпус, ротор, установленный на валу, кинематически соединенном с механизмом привода, органы газораспределения, вентилятор и маховик, снабжена цилиндром, соединенным с механизмом привода, лопасти вентилятора и маховик закреплены на цилиндре, вентилятор и маховик жестко соединены между собой.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1,2 схематично показана заявляемая машина с монолитным ротором с двумя лопастями; на фиг. 3,4 представлена конструкция, в которой ротор выполнен, сборным и содержит четыре лопасти.

Машина объемного действия (фиг. 1,2) содержит корпус 1 с размещенным в нем механизмом привода (условно не показан); цилиндр 2, закрепленный в корпусе 1 в опорах 3 с возможностью вращения, в цилиндре 2 в опорах 4 подвижно размещен (с возможностью относительного поворота) ротор 5, выполненный в виде вала 6 с двумя лопастями 7. Ротор 5 и цилиндр 2 образуют рабочие камеры 8, 9, 10, 11. Цилиндр 2 и ротор 5 соединены с механизмом движения. Между цилиндром 2 и корпусом 1 установлены уплотнения 12, а между цилиндром 2 и валом 6 - уплотнения 13. В цилиндре 2 выполнены проточки 14 с размещенными в них самодействующими клапанами 15, 16, 17, 18 и проточки 19, а в роторе 5 выполнены проточки 20, 21, 22, причем в проточках 20 установлены самодействующие клапаны 23, 24, 25, 26 и технологические заглушки 27. В корпусе 1 выполнена кольцевая сборная камера 28 и проточка 29.

На цилиндре 2 установлен вентилятор 30 и маховик 31.

Цилиндр 2, вентилятор 30 и маховик 31 жестко соединены между собой и, например, через вал 32 соединяются с приводным двигателем (условно не показан). На цилиндре 2 установлено устройство 33 для забора рабочего тела.

На фиг. 3,4 показан вариант заявляемой машины объемного действия, в конструкции которой ротор 5 выполнен сборным и содержит вал 6 и четыре закрепленные на нем лопасти 7, образующие в цилиндре 2 рабочие камеры 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37, сообщающиеся с устройством 33 для забора рабочего тела через клапаны 15, 16, 17, 18, 38, 39, 40, 41, а с проточками 20, 21 через клапан 23, 24, 25, 26, 42, 43, 44, 45.

Машина объемного действия на (фиг. 1, 2)работает следующим образом. Крутящий момент от приводного двигателя через вал 32 передается на маховик 31, цилиндр 2 и вентилятор 30; затем от цилиндра 2 крутящий момент передастся на механизм движения, а через него - на вал 6 и лопасти 7 ротора 5.

При этом цилиндр 2 и ротор 5 вращаются в одну сторону, однако цилиндр 2 вращается с постоянной по величине угловой скоростью, а ротор 5 - с переменной угловой скоростью, что обеспечивается конструкцией механизма движения [4] . При этом изменяются геометрические объемы рабочих камер 8, 9, 10, 11, что позволяет реализовать в них рабочий цикл объемного действия. Рассмотрим, например, камеру 8. При увеличении ее объема в ней происходит разрежение, вследствие чего открывается клапан 17 и рабочее тело (газ или жидкость) через проточки 14 поступает в камеру 8, наполняя ее, до тех пор, пока объем последней не достигнет максимальной величины, затем начинается уменьшение объема камеры 8, при котором растет давление рабочего тела, находящегося в этой камере, вследствие чего открывается клапан 23, и рабочее тело выдавливается из камеры 8 по проточкам 19, 20, 21, 22, камере 28 и проточке 29 к потребителю. Аналогично протекает рабочий процесс в камерах 9, 10, 11.

При вращении цилиндра 2 лопасти вентилятора 30 захватывают охлаждающую среду (например воздух), в которой находится цилиндр 2 и прокачивают ее вдоль своих поверхностей так, как это реализуется в любой лопастной машине [5]. При этом к охлаждающей среде отводится тепло от нагретой поверхности цилиндра 2 и от самих лопаток вентилятора 30, которые в этом случае дополнительно выполняют функцию оребрения цилиндра 2.

Вследствие изменения давления рабочего тела в рабочих камерах 8, 9, 10, 11 при изменении угла поворота приводного вала 32, а также вследствие неравномерного вращения ротора 5 и механизма движения противодействующий момент на валу 32 со стороны описываемой машины объемного действия в течение полного оборота является переменным, что является признаком неуравновешенности машины. Однако конструктивные параметры цилиндра 2, вентилятора 30 и маховика 31 обеспечивают их большой суммарный момент инерции; и так как все они жестко связаны с приводным валом 32, то все вместе выполняют функцию маховика. Это позволяет без существенного увеличения массогабаритных параметров маховика 31 обеспечить эффективное сглаживание изменений величины противодействующего момента и тем самым решить вопрос уравновешенности машины.

Машина объемного действия (фиг. 3, 4) со сборным ротором 5 работает аналогичным образом; отличие состоит лишь в том, что рабочий процесс протекает в большем количестве рабочих камер 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37.

Таким образом, предлагаемая машина объемного действия позволяет снизить массогабаритные параметры, по сравнению с ранее известными, улучшить ее уравновешенность.

Источники информации
1. Поршневые компрессоры /Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилутский, П. И. Пластинин. - Л.;Машиностроение, 1987, с. 315- 323.

2. А.с. СССР N 1612114 A1, кл. F 04 C 18/00, 2/00, 1990.

3. Патент РФ N 2010982, МКИ⁵ F 04 C 2/00, 1994.

4. Юша В.Л. Классификация конструктивных схем машин объемного действия с нелинейной синхронизацией роторов и анализ их уравновешенности. Омский политехнический институт - Омск, 1990, Деп. В ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ 14.05.90, N 2118- ХМ90.

5. Шмитченко З. С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. Киев, "Техника", 1976 - с. 187-237, 339-349.

Машина объемного действия предназначена для сжатия и перемещения газов. Машина объемного действия содержит корпус, ротор, установленный на валу, кинематически соединенном с механизмом привода, органы газораспределения, вентилятор и маховик. Машина снабжена цилиндром, соединенным с механизмом привода. Лопасти вентилятора и маховик закреплены на цилиндре. Вентилятор и маховик жестко соединены между собой. Машина позволяет улучшить массогабаритные параметры и ее уравновешенность. 4 ил.

Машина объемного действия, содержащая корпус, ротор, установленный на валу, кинематически соединенном с механизмом привода, органы газораспределения, вентилятор и маховик, отличающаяся тем, что машина снабжена цилиндром, соединенным с механизмом привода, лопасти вентилятора и маховик закреплены на цилиндре, вентилятор и маховик жестко соединены между собой.