ВЫТЕСНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ РОТОРНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2001 года по МПК F04C2/44 F01C1/44 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в роторных двигателях, насосах, компрессорах.

Известны вытеснительные элементы для работы в составе роторных машин, выполненные в виде пластины (Вильнер Я. М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б. Б. Некрасова. Минск, "Вышейш. школа", 1976 г.), размещенной в пазу ротора и герметично сопряженной наружной поверхностью с внутренней поверхностью статора. Боковыми поверхностями пластина герметично сопряжена с боковыми поверхностями статора. Для обеспечения постоянного контакта с внутренней поверхностью статора пластина поджимается пружиной, размещенной в пазу ротора.

Недостатком такого вытеснительного элемента является его быстрый износ, особенно при высоких оборотах ротора и давлении рабочей среды. Износ обусловлен неизбежным перекосом вытеснительного элемента в пазу ротора и как следствие большой величиной силы трения в местах контакта ротора и вытеснительного элемента, а также вытеснительного элемента и статора.

Другой известный вариант вытеснительного элемента выполнен в виде коромысла, один конец которого шарнирно закреплен на роторе. К таким решениям относится, например, вытеснительный элемент, описанный в патенте N 1838630 A1, F 01 C 1/00, 30.08.1998. По боковым и внешней поверхностям вытеснительный элемент сопряжен со статором. Для предотвращения утечек рабочей среды сопряжения контактирующих поверхностей вытеснительного элемента и статора, а также шарнирное соединение вытеснительного элемента с ротором выполнены герметичными.

Недостатком этого вытеснительного элемента является неблагоприятное влияние давления рабочей среды на величину момента, действующего относительно оси шарнирного закрепления вытеснительного элемента на роторе. Так, при работе в составе гидро- или пневмодвигателя перепад давления рабочей среды может вызвать превышение желаемой величины прижимающего момента, действующего на вытеснительный элемент, обуславливающее повышенный износ трущихся деталей. С другой стороны, при работе в составе насоса перепад давления на вытеснительном элементе, наоборот, ведет к вредному снижению величины прижимающего момента, ведущему к нарушению герметичности сопряжения внешней поверхности вытеснительного элемента и внутренней поверхности статора и как следствие вызывающему необходимость в применении поджимающего механизма.

Также известен, принятый за ближайший аналог, вытеснительный элемент, шарнирно закрепленный одним концом на роторе, установленном с возможностью вращения в рабочей камере статора, разделяющий ее на области расширения и вытеснения, герметично сопряженный другим концом с ротором с образованием полости между ним и ротором, описанный в патенте DE 19545045 A1, F 04 C 2/44, 13.03.1997.

Недостатком этого вытеснительного элемента является также значительное трение вытеснительного элемента о внутреннюю поверхность статора.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД роторной машины путем снижения трения вытеснительного элемента о внутреннюю поверхность статора при работе в составе двигателей и снижения утечек рабочей среды при работе в составе нагнетателей.

Эта задача достигается в вытеснительном элементе, шарнирно закрепленном одним концом на роторе, установленном с возможностью вращения в рабочей камере статора, разделяющим ее на области расширения и вытеснения, герметично сопряженном другим концом с ротором с образованием полости между ним и ротором, полость сообщена с областью вытеснения рабочей камеры, а радиусы, на которые герметичные сопряжения вытеснительного элемента с ротором и внутренней поверхностью статора отстоят от оси шарнирного закрепления, выполнены различными.

Кроме того, в вытеснительном элементе, используемом преимущественно для работы в составе гидропневмоприводов, длина радиуса от оси шарнирного закрепления до герметичного сопряжения его внешней поверхности с внутренней поверхностью статора больше, чем длина радиуса до герметичного сопряжения его с ротором.

Кроме того, в вытеснительном элементе, используемом в составе насосов и компрессоров, длина радиуса от оси шарнирного закрепления до герметичного сопряжения его внешней поверхности с внутренней поверхностью статора меньше, чем длина радиуса до герметичного сопряжения его с ротором.

Данное изобретение пояснено на фиг. 1. На фиг. 2 приведен вытеснительный элемент для работы преимущественно в составе гидро- и пневмодвигателей. На фиг. 3 изображен вытеснительный элемент для работы преимущественно в составе насосов и компрессоров.

Вытеснительный элемент 1, шарнирно закрепленный одним концом на роторе 2, установленном в рабочей камере 3 статора 4, другим концом образует с ротором герметичное соединение, которое совместно с герметичным сопряжением вытеснительного элемента со статором предотвращает утечки рабочей среды. Для сообщения полости между вытеснительным элементом 1 и ротором 2 с областью вытеснения рабочей камеры 3 предусмотрено отверстие (см. фиг. 1) в вытеснительном элементе 1. С этой же целью на фиг. 2 в роторе 2 выполнен канал. На фиг. 3 сообщение полостей обеспечивается за счет негерметичного шарнирного закрепления вытеснительного элемента 1 на роторе 2.

Устройство работает следующим образом. Под воздействием подведенного крутящего момента или за счет перепада давления рабочей среды на вытеснительном элементе 1 ротор 2 приобретает угловую скорость ω. Перепад давления рабочей среды, находящейся в рабочей камере 3 и в полости между вытеснительным элементом 1 и ротором 2, действуя по соответствующим поверхностям вытеснительного элемента 1 на участке между его герметичными сопряжениями со статором 4 и ротором 2, совместно с инерционными силами прижимает вытеснительный элемент 1 к внутренней поверхности статора 4. На расчетном режиме величина прижимающего момента принимает заданное значение благодаря заранее выбранному соотношению длин радиусов, на которые отстоят герметичные сопряжения вытеснительного элемента 1 с ротором 2 и статором 4 от оси шарнирного закрепления.

Для исключения влияния перепада давления на величину действующего на вытеснительный элемент момента относительно оси его шарнирного закрепления на роторе, длины радиусов, на которые отстоят герметичные сопряжения вытеснительного элемента 1 с ротором 2 и статором 4 от оси шарнирного закрепления, должны быть равны.

Изобретение относится к области роторных машин. Вытеснительный элемент шарнирно закреплен на роторе, установленном с возможностью вращения в рабочей камере статора, по боковым поверхностям герметично сопряжен со статором. Свободный конец элемента образует герметичные сопряжения с внутренней поверхностью статора и ротором. Полость между элементом и ротором связана с областью вытеснения рабочей камеры. Величина поджимающего усилия, действующего на элемент, задается разностью расстояний от оси шарнирного закрепления до герметичных сопряжений с ротором и статором. Повышается КПД за счет снижения утечек и потерь на трение. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Вытеснительный элемент, шарнирно закрепленный одним концом на роторе, установленном с возможностью вращения в рабочей камере статора, разделяющий ее на области расширения и вытеснения, герметично сопряженный другим концом с ротором с образованием полости между ним и ротором, отличающийся тем, что полость сообщена с областью вытеснения рабочей камеры, а радиусы, на которые герметичные сопряжения вытеснительного элемента с ротором и внутренней поверхностью статора отстоят от оси шарнирного закрепления, выполнены различными. 2. Вытеснительный элемент по п.1, преимущественно для работы в составе гидропневмомоторов, отличающийся тем, что длина радиуса от оси шарнирного закрепления до герметичного сопряжения его внешней поверхности с внутренней поверхностью статора больше, чем длина радиуса до герметичного сопряжения его с ротором. 3. Вытеснительный элемент по п.1, преимущественно для работы в составе насосов и компрессоров, отличающийся тем, что длина радиуса от оси шарнирного закрепления до герметичного сопряжения его внешней поверхности с внутренней поверхностью статора меньше, чем длина радиуса до герметичного сопряжения его с ротором.