ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК F01C1/00 F04C2/00 

Изобретение относится к устройствам для перекачивания текучих сред, в частности к роторным насосам, а также к пневмогидравлическим роторным двигателям.

Известен роторный насос, описанный в патенте Франции N 1403689, кл. F 04 C 17/18, в котором два ротора установлены эксцентрично соответственно в двух цилиндрических рабочих камерах с возможностью вращения в противоположном направлении. Разделительный элемент между роторами выполнен в виде двух пластин с возможностью их поступательного перемещения относительно друг друга. Каждая из пластин одним из своих краев касается цилиндрической поверхности соответствующего ротора с образованием рабочих объемов. Роторы кинематически взаимосвязаны посредством механизма синхронизации.

Недостаток известного роторного насоса заключается в низком КПД и сложности конструкции.

Известна также пневматическая машина типа роторного насоса, описанная в а. с. СССР N 1779782, кл. F 04 C 2/00, публ. Бюл. N 45, 1992 г., которая рассмотрена в качестве прототипа.

Известное устройство содержит каналы подвода и отвода рабочей среды, четное число цилиндрических камер, в которых эксцентрично по отношению к их осям установлены цилиндрические роторы, попарно кинематически соединенные между собой посредством системы синхронизации с возможностью синхронного вращения в одном направлении каждой пары роторов вокруг осей соответствующих камер, при этом оси каждой пары роторов параллельны друг другу и осям соответствующих камер, а также разделительные элементы, выполненные в виде пластин, каждый из которых установлен между роторами одной пары с возможностью поступательного перемещения параллельно плоскости, проходящей через оси соответствующих камер, в направлении, перпендикулярном осям упомянутых камер, и механического контакта с цилиндрическими поверхностями упомянутых роторов с образованием рабочих объемов внутри камер.

В описанном устройстве выполнение разделительного элемента в виде пластины не обеспечивает постоянство контакта краев этой пластины с цилиндрическими поверхностями обоих роторов, между которыми эта пластина размещена, так как при вращении роторов расстояние между ними в месте расположения пластины не остается постоянным, а изменяется по закону

где L - расстояние между осями камер, составляющих пару;
r - радиус ротора;
δ - расстояние между осью камеры и осью соответствующего ротора;
α - угол между плоскостью пластины и плоскостью, проходящей через ось камеры и ось соответствующего ротора.

При этом максимальная величина ΔH_m зазора ΔH между разделительным элементом и ротором составит величину:

Наличие упомянутого зазора ΔH нарушает герметичность рабочих объемов, что приводит к нарушению работы устройства.

Технической задачей предлагаемого устройства является устранение указанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в предложенной пневмогидравлической машине, снабженной каналами подвода и отвода рабочей среды и системой синхронизации, содержащей четное число цилиндрических камер, в которых эксцентрично по отношению к их осям установлены цилиндрические роторы, попарно кинематически соединенные между собой посредством системы синхронизации с возможностью синхронного вращения в одном направлении каждой пары роторов вокруг осей соответствующих камер, при этом оси каждой пары роторов параллельны друг другу и осям соответствующих камер, а также разделительные элементы, каждый из которых установлен между роторами одной пары камер с возможностью поступательного перемещения параллельно плоскости, проходящей через оси соответствующей пары камер в направлении, перпендикулярном осям упомянутых камер, и механического контакта с цилиндрическими поверхностями упомянутых роторов с образованием рабочих объемов внутри камер, каждый из разделительных элементов выполнен в виде двух поршней прямоугольного сечения, механически соединенных между собой, торцовые поверхности поршней обращены к соответствующим роторам, касательны к цилиндрическим поверхностям роторов, образующих пару, перпендикулярны плоскости, проходящей через оси соответствующих камер, и образуют плоские прямоугольники, при этом плоскость, проходящая через оси упомянутых камер, пересекает торцовые поверхности поршней, а расстояние α от упомянутой плоскости до каждой из сторон плоского прямоугольника, параллельных упомянутой плоскости, определено из соотношения
α ≥ δ,
где δ - расстояние между осью камеры и осью установленного в ней ротора.

Предложенная машина может содержать две пары камер. При этом оси всех камер расположены в одной плоскости, а разделительные элементы установлены с возможностью их противоположного поступательного перемещения.

Кроме того, оба поршня разделительного элемента могут быть механически соединены между собой с образованием прямоугольного параллелепипеда.

Предложенное устройство может работать в качестве насоса и в качестве двигателя.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами на примере устройства, работающего в качестве насоса.

На фиг. 1 представлено конструктивное выполнение заявляемой пневмогидравлической машины, содержащей две пары камер.

Фиг. 2 поясняет выполнение разделительного элемента и его расположение относительно камеры ротора.

На фиг. 3 представлен один из возможных вариантов выполнения разделительного элемента.

Как видно на фиг. 1, каждая пара содержит корпус 1, в котором расположены две цилиндрические камеры 2. При этом оси 3 всех четырех камер 2 лежат в одной плоскости 4. Внутри камер 2 установлены цилиндрические роторы 5. Корпусы 1 камер 2 снабжены каналами 6 подвода и каналами 7 отвода рабочей среды. В каждом корпусе 1 между двумя камерами 2 выполнен паз 8, в котором размещен разделительный элемент 9, состоящий из двух поршней 10, механически соединенных между собой. Цилиндрические роторы 5 установлены эксцентрично по отношению к камерам 2, так что расстояние между осями 3 камер 2 и осями 11 роторов 5 составляет величину δ.

Оси 11 каждой пары роторов 5 параллельны друг другу и осям 3 соответствующих камер 2. Разделительный элемент 9 установлен с возможностью поступательного перемещения параллельно плоскости 4 в направлениях, отмеченных соответствующими стрелками. Плоскость 4 пересекает торцовые поверхности 12 поршней 10. Торцовые поверхности 12 касательны к цилиндрическим поверхностям роторов 5, выполнены в виде плоских прямоугольников и перпендикулярны плоскости 4, при этом две из сторон каждого прямоугольника параллельны плоскости 4, равны длине ротора 5, а две других перпендикулярны плоскости 4, имеют размер, при котором при пересечении плоскостью 4 поверхности 12 выполняется соотношение
α ≥ δ,
где α - расстояние от плоскости 4 до сторон прямоугольника, параллельных плоскости 4.

Разделительный элемент 9 образует рабочие объемы сжатия 13 и всасывания 14 внутри камеры 2.

Пневмогидравлическая машина снабжена системой 15 синхронизации. Система 15 синхронизации может быть выполнена в виде шестерен 16-22, последовательно сцепленных между собой, при этом шестерня 19 является ведущей, а шестерни 16, 18, 20 и 22 механически связаны с валами 23 соответствующих роторов 5. Шестерни 17 и 21 обеспечивают синхронное вращение роторов 5 каждой пары в одну сторону.

Устройство, выполненное в виде насоса, работает следующим образом: с помощью внешнего привода приводят во вращательное движение шестерню 19, которая, в свою очередь, это вращательное движение передает всем остальным шестерням 16, 17, 18, 20, 21, 22 системы синхронизации 15. Шестерни 16, 18, 20 и 22 через соответствующие валы 23 приводят во вращательное движение роторы 5 вокруг осей 3 камер 2 в направлении, указанном стрелками. Разделительные элементы 9 под действием вращения роторов 5 совершают поступательное движение во взаимно противоположных направлениях, как указано на фиг. 1, при этом поршни 10 разделительных элементов 9 находятся в постоянном контакте с цилиндрическими поверхностями роторов 5, т.к. их торцовые поверхности 12 касательны к цилиндрическим поверхностям роторов 5.

Постоянство контакта обеспечивается за счет следующих факторов: синхронное вращение в одну сторону роторов 5 обеспечивает постоянство расстояния между их осями, при этом сохраняется расстояние между касательными, перпендикулярными плоскости 4, проходящей через оси 3 камер 2. А линия касания перемещается перпендикулярно плоскости 4 на величину ± δ, где δ - расстояние между осью 3 камеры 2 и осью 11 соответствующего ротора 5. Это условие выполняется только в том случае, если расстояние α от плоскости 4 до параллельного плоскости 4 края поршня 10 больше или равно величине δ.

Наружная поверхность ротора 5 и внутренняя поверхность камеры 2 ограничивают некий объем, который с помощью разделительного элемента 9 делится на два рабочих объема сжатия 13 и всасывания 14, при этом рабочий объем 13 сжатия уменьшается, а рабочий объем 14 всасывания увеличивается. Каждый из этих рабочих объемов связан соответственно с каналами 7 отвода рабочей среды и каналами 6 ее подвода.

Камеры 2 расположены внутри корпуса 1 и попарно сообщаются между собой через паз 8, в котором перемещается разделительный элемент 9.

Для исключения вибраций на валах 23 роторов 5 вне камер 2 установлены не показанные на фиг. 1 противовесы, снимающие вибрации, возникающие при вращении роторов 5.

Перемещение разделительных элементов 9 во взаимно противоположных направлениях устраняют вибрации, возникающие при упомянутых перемещениях, т.к. центры масс разделительных элементов 9 остаются в этом случае неподвижными.

При работе машины в качестве двигателя в каналы 6 внешним давлением принудительно нагнетается рабочая среда, при этом роторы 5 принудительно вращаются под действием этого внешнего давления, а шестерня 19 системы синхронизации 15 может приводить во вращательное движение какой-либо внешний механизм.

Для упрощения технологии изготовления разделительного элемента 9 он может быть выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, как показано на фиг. 3.

Предложенная машина может работать не только с газообразными, но и с жидкими несжимаемыми средами, т.к. не имеет не связанных с каналами 6, 7 замкнутых рабочих объемов, изменяющих при работе машины свою величину.

Пневмогидравлическая машина может быть использована для перекачивания текучих сред, а также для привода различных механизмов. Машина снабжена каналами подвода и отвода рабочей среды и содержит попарно кинематически соединенные между собой роторы, установленные эксцентрично в соответствующих камерах. Между роторами расположен разделительный элемент, выполненный в виде двух поршней, механически соединенных между собой. Разделительный элемент установлен с возможностью поступательного перемещения между роторами. При этом торцевые поверхности поршней, обращенные к соответствующим роторам, касательны к их цилиндрическим поверхностям и выполнены в виде прямоугольников. Обеспечивается герметичность рабочих объемов, надежность работы машины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пневмогидравлическая машина, снабженная каналами подвода и отвода рабочей среды и системой синхронизации, содержащая четное число цилиндрических камер, в которых эксцентрично по отношению к их осям установлены цилиндрические роторы, попарно кинематически соединенные между собой посредством системы синхронизации с возможностью синхронного вращения в одном направлении каждой пары роторов вокруг осей соответствующих камер, при этом оси каждой пары роторов параллельны друг другу и осям соответствующих камер, а также разделительные элементы, каждый из которых установлен между роторами одной из пар камер с возможностью поступательного перемещения параллельно плоскости, проходящей через оси соответствующей пары камер, в направлении, перпендикулярном осям упомянутых камер, и механического контакта с цилиндрическими поверхностями упомянутых роторов с образованием рабочих объемов внутри камер, отличающаяся тем, что каждый из разделительных элементов выполнен в виде двух поршней прямоугольного сечения, механически соединенных между собой, торцовые поверхности поршней обращены к соответствующим роторам, касательны к цилиндрическим поверхностям роторов, образующих пару, перпендикулярны плоскости, проходящей через оси соответствующих камер, и образуют плоские прямоугольники, при этом плоскость, проходящая через оси упомянутых камер, пересекает торцовые поверхности поршней, а расстояние α от упомянутой плоскости до каждой из сторон плоского прямоугольника, параллельных упомянутой плоскости, определено из соотношения
α ≥ δ,
где δ - расстояние между осью камеры и осью установленного в ней ротора. 2. Пневмогидравлическая машина по п.1, отличающаяся тем, что она содержит две пары камер, при этом оси всех камер расположены в одной плоскости, а разделительные элементы установлены с возможностью их противоположного поступательного перемещения. 3. Пневмогидравлическая машина по любому из пп.1, 2, отличающаяся тем, что оба поршня разделительного элемента механически соединены между собой с образованием прямоугольного параллелепипеда.