РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2002 года по МПК F04C2/113 

Роторная машина относится к гидравлическим и пневматическим машинам и предназначена для использования в качестве гидропривода, насоса, компрессора, детандера в машиностроении, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Известно устройство "Роликолопастная гидромашина" (А.С. 1613685, МПК F 04 С 2/08, 1986), содержащая корпус, в цилиндрических расточках которого размещены с образованием больших и малых межроликовых камер ротор с лопастями и ролики-разделители, причем ротор установлен в подшипниковых опорах и кинематически соединен через синхронизирующие шестерни с роликами-разделителями, а большие и малые межроликовые камеры соединены попарно каналами гидравлической разгрузки, которые выполнены в корпусе.

Недостатком данного устройства являются большие габариты и масса, что препятствует внедрению роликолопастной машины вместо шестеренных и поршневых насосов и гидроприводов.

Повышенные габариты и масса роликолопостной машины связана с тем, что ролики-разделители расположены по внешней поверхности ротора (А.С. 1613685, МПК F 04 С 2/08, 1986, фиг.1, 2) непосредственно в цилиндрической части корпуса. Из-за такого расположения роликов-разделителей увеличивается диаметр цилиндрической части корпуса и толщина стенки корпуса, а следовательно, и масса роликолопастной гидромашины.

Известна роликолопастная гидромашина (заявка 98113035, 27.03.2000), принятая за ближайший аналог, содержащая корпус, внутри которого размещены ротор, выполненный в виде цилиндрической обечайки с лопастями на внутренней поверхности и торцевой крышки, запрессованной на вал роторной машины, межроликовые камеры, внутри обечайки размещен сердечник сборной конструкции, в котором выполнены выборки для размещения роликов-разделителей, подшипников, валов, шестерен, синхронизирующих вращение роликов-разделителей и роторов каналов ввода и вывода рабочей среды.

Недостатком данной конструкции является то, что сердечник крепится к торцевой крышке гидромашины, что ограничивает длину сердечника, а следовательно, габариты сердечника и в целом гидромашины. Данное ограничение сужает возможности увеличения мощности машины и области ее применения.

Техническая задача изобретения - создание машины с большей мощностью и расширение диапазона использования решается путем создания машины с сердечником, не имеющим связи с торцевой крышкой машины.

Для решения этой задачи в роторной машине, содержащей корпус, внутри которого размещены ротор, выполненный в виде цилиндрической обечайки с лопастями на внутренней поверхности и торцевой крышки, запрессованной на вал роторной машины, межроликовые камеры, внутри обечайки размещен сердечник сборной конструкции, в котором выполнены выборки для размещения роликов-разделителей, подшипников, валов, шестерен, синхронизирующих вращение роликов-разделителей и ротора, каналов ввода и вывода рабочей среды, при этом межроликовые камеры образованы между сердечником, обечайкой и роликами-разделителями, цилиндрическая обечайка включает другую торцевую крышку, опирающуюся на подшипник. Одна из торцевых крышек обечайки выполнена в виде колеса ротора радиального типа, а сердечник запрессован на центральный неподвижный стержень сборной конструкции, при этом одна часть стержня выполнена полой и полый конец стержня закреплен на торцевой крышке роторной машины, другой сплошной конец опирается в другой торцевой крышке на подшипник, расположенный внутри полого вала машины, причем в полой части центрального стержня, запрессованной в сердечник, выполнены выборки, соединяющие внутреннюю полость центрального стержня с каналами вывода рабочей среды из межроликовых камер, при этом полая часть стержня является каналом вывода рабочей среды из роторной машины.

Кроме того, количество роликов-разделителей в роторной машине при одиночном расположении составляет от 1 до 4, при попарном расположении - от 2 до 8, при количестве роликов-разделителей более одного при одиночном расположении и более одной пары роликов-разделителей при попарном расположении, ролики-разделители размещены в сердечнике на равных угловых расстояниях один от другого, причем количество пар каналов ввода и вывода рабочей среды из межроликовых камер равно количеству роликов-разделителей при одиночном расположении и количеству пар роликов-разделителей при попарном расположении. Кроме этого, лопасти обечайки и канавки роликов-разделителей имеют эвольвентный профиль.

За счет указанных выше технических решений и в первую очередь за счет более эффективного ротора, представляющего собой комбинацию двух роторов: роликолопастного и радиального, при их осуществлении роторная машина будет иметь по сравнению с прототипом больше удельную мощность до 25%.

Кроме того, расширяется диапазон области применения роторной машины, которая может применяться в качестве компрессора для сжатия газов, компрессора для выработки холода.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена роторная машина, продольный разрез А-А фиг.2.

На фиг.2 изображен поперечный разрез Б-Б фиг.1.

На фиг.3 - 6 изображены варианты размещения роликов-разделителей.

На фиг. 7 - 10 изображены варианты размещения роликов-разделителей в сердечнике в поперечном разрезе при попарном расположении роликов-разделителей. Изображения на фиг.3 - 10 выполнены условно без привязки к чертежам фиг.1, 2.

Роторная машина содержит корпус 1 с торцевыми крышками 2, 3, внутри которого размещен ротор, выполненный в виде цилиндрической обечайки 4 с лопастями 5 на внутренней поверхности и торцевыми крышками 6, 7. Торцевая крышка 6 запрессована на вал 10.1 роторной машины. Вал роторной машины сборный и состоит из полой части 10.1 и сплошной части 10.2, запрессованной в полую часть 10.1. Торцевая крышка 7 опирается на подшипник 22. Внутри обечайки 4 размещен сердечник 9 сборной конструкции, в котором выполнены выборки для размещения роликов-разделителей 17, валов синхронизирующих шестерен 19, 20, 21, каналов ввода 14 и вывода 15 рабочей среды. При этом между сердечником 9, обечайкой 4 и роликами-разделителями 17 образованы межроликовые камеры 23.

Шестерня 19 является ведущей, так как связана непосредственно с торцевой крышкой 6, запрессованной на вал 10.1 роторной машины. Шестерня 19 через промежуточную шестерню 20 связана с шестерней 21 ролика-разделителя 17. Промежуточная шестерня 20 обеспечивает необходимое направление вращения ролика-разделителя 17. Вместе шестерни 19, 20, 21 обеспечивают синхронизацию вращения обечайки 4 и роликов-разделителей 17. Торцевая крышка 7 обечайки 4 выполнена в виде колеса ротора радиального типа с лопастями 8, а сердечник 9 запрессован на центральный неподвижный стержень 11.1 и 11.2 сборной конструкции. Часть стержня выполнена полой 11.2 и в полую часть частично запрессована сплошная часть 11.1. Полый конец стержня 11.2 закреплен в торцевой крышке 3 роторной машины. Конец сплошного стержня опирается в торцевой крышке 2 на подшипник 22, расположенный внутри полого вала 10.1 машины. В полой части стержня 11.2, запрессованной в сердечник 9, выполнены выборки 11.3, соединяющие внутреннюю полость стержня 11.2 с каналами вывода 15 рабочей среды из межроликовых камер 23 через переходную камеру 12.

Полая часть стержня 11.2 одновременно выполняет несколько функций:
- служит опорой для сердечника 9,
- служит опорой для подшипника 22, на который опирается торцевая крышка 7 обечайки 4;
- служит каналом вывода рабочей среды из роторной машины.

Ролик-разделитель 17 может иметь одну или несколько канавок 18, чаще две канавки, глубина и длина канавки 18 равна соответственно высоте и длине лопасти 5 обечайки 4, при этом лопасть 5 и канавка 18 имеют эвольвентный профиль.

Расположение и количество роликов-разделителей 17 в сердечнике 9 выбирается в зависимости от конкретного назначения роторной машины. При одиночном расположении количество роликов-разделителей составляет от 1 до 4 (фиг.3, 4, 5, 6), при попарном расположении от 2 до 8 (фиг.7, 8, 9, 10), при этом при количестве роликов-разделителей 17 более одного при одиночном расположении (фиг.4, 5, 6) и более одной пары при попарном расположении (фиг.8, 9, 10) ролики-разделители 17 размещены в сердечнике 9 на равных угловых расстояниях один от другого. Количество пар каналов ввода 14, вывода 15 рабочей среды из межроликовых камер 23 равно количеству роликов-разделителей 17 при одиночном расположении и количеству пар роликов-разделителей 17 при попарном расположении.

Для предотвращения утечки рабочей среды из межроликовых камер 23 установлены уплотнения 24. Для ввода рабочей среды в корпус 1 роторной машины имеется канал 13 в торцевой крышке 3 роторной машины.

Разберем работу роторной машины в качестве компрессора для сжатия воздуха.

При вращении вала 10.2, 10.1 по часовой стрелке вращается торцевая крышка ротора, которая приводит во вращение обечайку 4 и торцевую крышку 7. Одновременно приводятся во вращение синхронизирующие шестерни 19, 20,21 и ролики-разделители 17. Торцевая крышка выполнена в виде колеса радиального типа. Лопасти 8 торцевой крышки 7, вращаясь, всасывают воздух через канал 13 и одновременно производят наддув воздуха в каналы ввода 14 сердечника 9 и далее - в межроликовые камеры 23. Лопасть 5 обечайки 4, вращаясь, сжимает воздух и выталкивает в канал 15 вывода из межроликовой камеры. Далее лопасть 5 проходит через канавку 18 ролика-разделителя 17, переходит снова в межроликовую камеру 23 и цикл повторяется. Ролики-разделители 17 вращаются синхронно с вращением обечайки 4 за счет работы синхронизирующих шестерен 19, 20, 21. Сжатый воздух из канала 15 поступает в переходную камеру 12 и через выборки 11.3 - во внутреннюю полость центрального неподвижного стержня 11.2, которая служит каналом вывода сжатого воздуха из роторной машины.

В зависимости от перекачиваемой рабочей среды подбирается конструкция колеса радиального типа, которым является торцевая крышка 7 ротора.

При использовании роторной машины в качестве детандера гидропривода каналы 11.2; 15 являются каналами ввода рабочей среды, а каналы 14, 13 - каналами вывода рабочей среды.

Роторная машина предназначена для использования в качестве гидропривода, насоса, компрессора, детандера в машиностроении, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Роторная машина содержит корпус, ротор с лопастями, межроликовые камеры, синхронизирующие шестерни. Ротор выполнен в виде цилиндрической обечайки с лопастями на внутренней поверхности и торцовых крышек, одна из которых запрессована на вал роторной машины, другая опирается на подшипник. Внутри обечайки размещен сердечник с выборками для размещения роликов-разделителей, подшипников, валов синхронизирующих шестерен, каналов ввода и вывода рабочей среды. Межроликовые камеры образованы между сердечником, обечайкой и роликами-разделителями. Одна из торцевых крышек выполнена в виде колеса ротора радиального типа, а сердечник запрессован на центральный неподвижный стержень. Одна часть стержня выполнена полой и полый конец стержня закреплен в торцевой крышке роторной машины, другой сплошной конец опирается в другой торцевой крышке на подшипник, расположенный внутри полого вала. В полой части стержня, запрессованной в сердечник, выполнены выборки, соединяющие внутреннюю полость центрального стержня с каналами вывода рабочей среды из межроликовых камер, при этом полая часть стержня является каналом вывода рабочей среды из роторной машины. Увеличивается удельная мощность машины. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.

1. Роторная машина, содержащая корпус, внутри которого размещены ротор, выполненный в виде цилиндрической обечайки с лопастями на внутренней поверхности и торцевой крышки, запрессованной на вал роторной машины, межроликовые камеры, внутри обечайки размещен сердечник сборной конструкции, в котором выполнены выборки для размещения роликов-разделителей, подшипников, валов, шестерен, синхронизирующих вращение роликов разделителей и ротора, каналов ввода и вывода рабочей среды, отличающаяся тем, что межроликовые камеры образованы между сердечником, обечайкой и роликами-разделителями, цилиндрическая обечайка включает другую торцевую крышку, опирающуюся на подшипник, одна из торцевых крышек обечайки выполнена в виде колеса ротора радиального типа, а сердечник запрессован на центральный неподвижный стержень сборной конструкции, при этом одна часть стержня выполнена полой и полый конец стержня закреплен в торцевой крышке роторной машины, другой сплошной конец опирается в другой торцевой крышке на подшипник, расположенный внутри полого вала машины, причем в полой части центрального стержня, запрессованной в сердечник, выполнены выборки, соединяющие внутреннюю полость центрального стержня с каналами вывода рабочей среды из межроликовых камер, при этом полая часть стержня является каналом вывода рабочей среды из роторной машины. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что количество роликов-разделителей при одиночном расположении составляет от 1 до 4, при попарном расположении - от 2 до 8, при этом при количестве роликов-разделителей более одного при одиночном расположении и более одной пары роликов-разделителей при попарном расположении ролики-разделители размещены в сердечнике на равных угловых расстояниях один от другого, причем количество пар каналов вывода и ввода рабочей среды из межроликовых камер равно количеству роликов-разделителей при одиночном расположении и количеству пар роликов-разделителей при попарном расположении. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что лопасти обечайки и канавки роликов-разделителей имеют эвольвентный профиль.