РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2002 года по МПК F01C1/344 F04C2/344 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидро- и пневмомашинам, которые могут использоваться в качестве насосов, компрессоров и моторов.

Известна объемная роторная машина с соосно установленными статором и ротором, в радиальных пазах которого размещены пластины, принудительно перемещаемые вдоль пазов, образующие с ротором, статором и разделителями, укрепленными на статоре, рабочие камеры /1/. В роторе выполнены два кольцевых паза, выходящих на противоположные боковые стенки статора, на которых установлены разделители, входящие в кольцевые пазы ротора. С внутренней стороны одной из боковых стенок статора эксцентрично установлен палец, относительно которого свободно проворачиваются оттяжки с радиальными пазами, затягивающие пластины в тело ротора в момент прохождения их под разделителями.

Известна также объемная роторная машина, содержащая статор и соосно установленный ротор, в радиальных пазах которого размещены пластины, принудительно перемещаемые вдоль пазов и образующие со статором, ротором и разделителями рабочие камеры /2/. В роторе выполнены кольцевые пазы, выходящие на противоположные боковые стенки статора, на которых установлены разделители, причем радиальные пазы ротора выполнены сквозными по толщине ротора, высота их больше радиуса наружной поверхности кольцевого паза ротора, но меньше радиуса внешней поверхности ротора, а ширина каждой пластины больше, чем глубина кольцевых пазов ротора.

Известна роторная машина объемного расширения, содержащая корпус с периферийной и торцовыми поверхностями, последние из которых снабжены замкнутыми направляющими канавками, ротор с жестко связанными с ним торцовыми дисками, причем ротор и диски снабжены радиальными прорезями, лопасти, установленные в прорезях ротора и снабженные цапфами, размещенными в прорезях торцовых дисков, и ролики, установленные по два на каждой цапфе, причем по меньшей мере один ролик из каждой пары размещен в направляющей канавке торцовой поверхности корпуса /3/. Торцовые диски снабжены направляющими пазами, в которых размещены другие ролики из каждой пары, а ротор снабжен цилиндрическими расточками, выполненными в теле ротора в плоскости, перпендикулярной плоскости радиальной прорези, и в них установлены опорные катки, контактирующие с верхней частью лопасти.

Известна также роторная машина, содержащая корпус с разделителями и торцовыми крышками, образующими рабочие полости, сообщенные с каналами всасывания и нагнетания, коаксиально установленный в корпусе ротор с радиальными прорезями, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения лопасти, и механизм принудительного перемещения лопастей, снабженный направляющими цапфами с роликами, расположенными концентрично оси ротора на торцах лопастей и размещенными в направляющих пазах торцовых крышек корпуса /4/.

Однако известные роторные машины имеют ограниченную долговечность из-за наличия трущихся пар, которые требуют высокой технологичности изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является роторная машина, содержащая корпус с по меньшей мере одним разделителем и торцовыми крышками, образующими рабочие полости, сообщенные с каналами всасывания и нагнетания, коаксиально установленный в корпусе ротор с радиальными прорезями, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения лопасти, и механизм принудительного перемещения лопастей, снабженный направляющими цапфами, расположенными концентрично оси ротора на торцах лопастей, обращенных к одной из торцовых крышек корпуса, и взаимодействующими с роликами /5/. Механизм принудительного перемещения лопастей известной машины содержит шестерню, жестко закрепленную на валу ротора и находящуюся в зацеплении с по меньшей мере одним валом-шестерней, размещенным в отверстиях торцовой крышки и корпуса, кривошипно-шатунный механизм, снабженный эксцентриком, установленным с возможностью взаимодействия с шатуном, соединенным с ползуном, снабженным роликами, перегородку, закрепленную на торце корпуса со стороны шестерни ротора и имеющую по меньшей мере один цилиндрический сегмент и радиальную прорезь, в которой размещен упомянутый ползун, причем направляющие цапфы лопастей выполнены в виде цилиндрических сегментов, взаимодействующих с роликами и цилиндрическим сегментом перегородки, а передаточное отношение шестерни ротора и вала-шестерни кратно количеству лопастей, при этом величина эксцентриситета эксцентрика вала-шестерни больше рабочей высоты лопастей на величину, пропорциональную толщине лопастей и разделителя.

Недостаток известной машины заключается в том, что использование кривошипно-шатунного механизма для принудительного перемещения лопастей обусловливает необходимость в совершении по меньшей мере одного холостого оборота вала-шестерни на каждый его рабочий оборот и соответственно холостых движений всех звеньев кривошипно-шатунного механизма. Это приводит к ускоренному износу механизма принудительного перемещения лопастей и, в целом, уменьшает долговечность роторной машины.

Задачей настоящего изобретения является повышение долговечности роторной машины.

Указанная задача, согласно изобретению, решается тем, что в роторной машине, содержащей корпус с по меньшей мере одним разделителем и торцовыми крышками, образующими рабочие полости, сообщенные с каналами всасывания и нагнетания, коаксиально установленный в корпусе ротор с радиальными прорезями, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения лопасти, снабженные на торцах, обращенных к торцовым крышкам корпуса, цилиндрическими сегментами, расположенными концентрично оси ротора, с возможностью взаимодействия с роликами и цилиндрическими сегментами по меньшей мере одной перегородки, закрепленной на торце корпуса и имеющей радиальную прорезь, механизм принудительного перемещения лопастей, снабженный шестерней, жестко закрепленной на валу ротора и находящейся в зацеплении с по меньшей мере одним валом-шестерней, размещенным в отверстиях торцовых крышек и корпуса и соединенным кинематической связью с лопастями, причем передаточное отношение шестерни ротора и вала-шестерни кратно количеству лопастей, кинематическая связь вала-шестерни с лопастями выполнена в виде кулачкового механизма, по меньшей мере один кулачок которого жестко посажен на валу-шестерне с возможностью взаимодействия с толкателем, размещенным в радиальной прорези перегородки, причем профиль кулачка выполнен таким образом, что величина разности наибольшего расстояния от оси вращения кулачка до точки соприкосновения с толкателем на одной стороне плоскости, проходящей через ось вращения кулачка, и радиуса полуокружности на другой стороне этой плоскости равна рабочей высоте лопастей, а на торце толкателя, обращенном к корпусу, выполнены цилиндрические сегменты, взаимодействующие с цилиндрическими сегментами лопастей.

На фиг. 1 изображена роторная машина в продольном разрезе (вариант исполнения с двумя разделителями, двумя перегородками и двумя валами-шестернями, снабженными четырьмя кулачками). На фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг. 1. На фиг.3, 4, 5, 6 - то же, схемы принудительного перемещения лопастей. На фиг.7 изображен общий вид толкателя (вариант исполнения с роликами). На фиг. 8 - то же, разрез Б-Б на фиг.7. На фиг.9 - то же, вид сверху. На фиг.10 - то же (вариант исполнения с цилиндрическими сегментами). На фиг.11 - то же, разрез В-В на фиг.10. На фиг.12 - то же, вид сверху. На фиг.13 изображен вид лопасти в аксонометрии. На фиг.14 изображен общий вид кулачка с кольцевым пазом. На фиг. 15 - то же, разрез Г-Г на фиг.14. На фиг.16 изображен общий вид перегородки. На фиг.17 - то же, вид сверху. На фиг.18 - то же, разрез Д-Д на фиг.16.

Роторная машина содержит корпус 1 с разделителями 2 и торцовыми крышками 3, образующими рабочие полости 4,5, сообщенные с каналами всасывания 6 и нагнетания 7 (фиг.2). В корпусе 1 коаксиально ему установлен ротор 8 с радиальными прорезями 9, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения лопасти 10. На торцах лопастей 10, обращенных к торцовым крышкам 3 корпуса 1, выполнены цилиндрические сегменты 11, расположенные концентрично оси ротора 8 (фиг.1,13). Машина имеет перегородки 12, закрепленные на торцах корпуса 1, с цилиндрическими сегментами 13 и радиальными прорезями 14 (фиг.16-18). Радиус наружной поверхности цилиндрических сегментов 13 перегородок 12 выполнен равным радиусу внутренних поверхностей цилиндрических сегментов 11 лопастей 10 (фиг.3-6).

В другом варианте исполнения перегородки 12 могут быть выполнены с роликами, расположенными на дуге окружности с радиусом, равным радиусу цилиндрических сегментов 11 лопастей 10 (не показаны).

Машина также содержит механизм принудительного перемещения лопастей, снабженный шестерней 15, жестко закрепленной на валу 16 ротора 8 и находящейся в зацеплении с валами-шестернями 17, размешенными в отверстиях торцовых крышек 3 и корпуса 1. На валах-шестернях 17 жестко закреплены кулачки 18, расположенные с возможностью взаимодействия с толкателями 19, размещенными в радиальных прорезях 14 перегородок 12 (фиг.1).

На торцовых поверхностях кулачков 16, обращенных к корпусу 1, могут быть выполнены кольцевые пазы 20, в которых размещены пальцы 21, консольно закрепленные на толкателях 19 (фиг.8, 14, 15).

Профиль каждого из кулачков 18 выполнен таким образом, что величина разности наибольшего расстояния от оси его вращения до точки соприкосновения с толкателем 19 на одной стороне плоскости, проходящей через ось вращения кулачка 18, и радиуса полуокружности на другой стороне этой плоскости равна рабочей высоте лопастей 10.

Шестерня 15 ротора 8 и валы-шестерни 17 имеют передаточное отношение, кратное количеству лопастей 10, например 1:4. На торцах толкателей 19, обращенных к корпусу 1, выполнены цилиндрические сегменты 22, расстояние между которыми и радиусы их окружностей равны соответственно толщине и радиусам окружностей цилиндрических сегментов 11 лопастей 10 (фиг.10-12).

В другом варианте исполнения на торцах толкателей 19, обращенных к корпусу 1, могут быть выполнены пальцы 23 с посаженными на них роликами 24, расстояние между которыми также равно толщине цилиндрических сегментов 11 лопастей 10 (фиг.7-9).

Длина окружности цилиндрических сегментов 13 перегородок 12 и длина окружности цилиндрических сегментов 22 толкателей 19 выполнены равными 45 градусам, а длина окружности цилиндрических сегментов 11 лопастей 10 - равной 80 градусам (фиг.3-6).

Роторная машина работает следующим образом.

В режиме, например насоса, при вращении ротора 8 по часовой стрелке передние грани лопастей 10, совершающих рабочий ход, сжимают рабочее тело (жидкость или газ) в рабочей полости 5, перемещая его в каналы 7 нагнетания (фиг. 2). При этом за задними гранями лопастей 10 в рабочей полости 4 возникает разрежение, и рабочее тело поступает в последнюю через каналы 6 всасывания.

Одновременно шестерня 15 ротора 8 вращает валы-шестерни 17, кулачки 18 которых приводят в возвратно-поступательное движение толкатели 19 (фиг.3-6). При передаточном отношении шестерни 15 и валов-шестерен 17, кратном количеству лопастей, например 1:4, за один оборот ротора 8 каждый из кулачков 18 совершает четыре оборота.

В положении кулачков 18, показанном на фиг.3, передние концы цилиндрических сегментов 11 одних лопастей 10 размещены между цилиндрическими сегментами 22 (роликами 24) толкателей 19, а точка соприкосновения толкателей 19 с кулачками 18 находится на концах полуокружностей последних. Все лопасти 10 посредством центробежной силы поджаты к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, а толкатели 19 находятся в верхней мертвой точке. При этом передние концы цилиндрических сегментов 11 других лопастей 10 расположены на цилиндрических сегментах 13 перегородок 12.

При повороте кулачков 18 на 90 градусов и соответственно повороте ротора 8 на 22,5 градуса толкатели 19 перемещаются в нижнюю мертвую точку, перемещая к оси ротора 8 навстречу друг другу цилиндрические сегменты 11 с лопастями 10 (фиг.4). Две лопасти 10 в этот момент проходят разделители 2, а две другие лопасти 10 поджаты к внутренней цилиндрической поверхности корпуса l и продолжают совершать рабочий ход, т.к. их цилиндрические сегменты 11 скользят по цилиндрическим сегментам 13 перегородок 12. При этом точка соприкосновения толкателей 19 с кулачками 18 находится на наибольшем расстоянии от оси вращения последних.

При последующем повороте кулачков 18 на 90 градусов толкатели 19 возвращаются в верхнюю мертвую точку, перемещая цилиндрические сегменты 11 с лопастями 10 от оси ротора 8 и прижимая лопасти 10 к внутренней цилиндрической поверхности корпуса l (фиг. 5). При этом задние концы цилиндрических сегментов 11 одних лопастей 10 расположены между цилиндрическими сегментами 22 (роликами 24) толкателей 19, а задние концы цилиндрических сегментов 11 других лопастей 10 - на цилиндрических сегментах 13 перегородок 12. Точка соприкосновения толкателей 19 с кулачками 18 находится в начале полуокружности последних.

При последующем повороте кулачков 18 на 180 градусов толкатели 19 неподвижны, т. к. точка соприкосновения их с кулачками 18 перемешается по полуокружности последних (фиг. 5, 6, 3). При этом цилиндрические сегменты 11 лопастей 10 расположены между цилиндрическими сегментами 22 (роликами 24) толкателей 19 и на цилиндрических сегментах 13 перегородок 12, т.е. все лопасти 10 поджаты к внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 и совершают рабочий ход.

В дальнейшем цикл повторяется.

Таким же образом осуществляется работа роторной машины в варианте, если на торце каждого из кулачков 18 валов-шестерен 17, обращенном к корпусу 1, выполнен кольцевой паз, в котором размещен палец 21, консольно закрепленный на толкателе 19.

Аналогично осуществляется работа роторной машины в режимах компрессора или мотора.

Конструкция роторной машины позволяет работать в реверсивном режиме путем изменения функций каналов всасывания 6 и нагнетания 7.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет исключить холостые движения всех деталей механизма принудительного перемещения лопастей, что повышает долговечность роторной машины.

Источники информации
1. А.с. СССР 420796, 1974.

2. А.с. СССР 976112, 1982.

3. А.с. СССР 1301907, 1987.

4. Кожевников С. Н. и др. Элементы механизмов, М., изд-во оборонной промышленности, 1956, с.803-804, фиг.2593, 2594.

5. Патент BY 3135, 1999 (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидро- и пневмомашинам, которые могут использоваться в качестве насосов, компрессоров и моторов. Роторная машина содержит корпус с разделителями и торцевыми крышками, образующими рабочие полости, сообщенные с каналами всасывания и нагнетания. В корпусе коаксиально ему установлен ротор с радиальными прорезями, в которых размещены лопасти. На торцах лопастей выполнены цилиндрические сегменты. Машина имеет перегородки с цилиндрическими сегментами и радиальными прорезями и механизм принудительного перемещения лопастей, снабженный шестерней, валами-шестернями с кулачками и толкателями. Профиль каждого из кулачков выполнен таким образом, что величина разности наибольшего расстояния от оси его вращения до точки соприкосновения с толкателем на одной стороне плоскости, проходящей через ось вращения кулачка, и радиуса полуокружности на другой стороне этой плоскости равна рабочей высоте лопастей. На торцах толкателей, обращенных к корпусу, выполнены цилиндрические сегменты, взаимодействующие с цилиндрическими сегментами лопастей. Повышается долговечность роторной машины. 18 ил.

Роторная машина, содержащая корпус с, по меньшей мере, одним разделителем и торцевыми крышками, образующими рабочие полости, сообщенные с каналами всасывания и нагнетания, коаксиально установленный в корпусе ротор с радиальными прорезями, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного перемещения лопасти, снабженные на торцах, обращенных к торцевым крышкам корпуса, цилиндрическими сегментами, расположенными концентрично оси ротора, с возможностью взаимодействия с роликами и цилиндрическими сегментами, по меньшей мере, одной перегородки, закрепленной на торце корпуса и имеющей радиальную прорезь, механизм принудительного перемещения лопастей, снабженный шестерней, жестко закрепленной на валу ротора и находящейся в зацеплении с, по меньшей мере, одним валом-шестерней, размещенным в отверстиях торцевых крышек и корпуса и соединенным кинематической связью с лопастями, причем передаточное отношение шестерни ротора и вала-шестерни кратно количеству лопастей, отличающаяся тем, что кинематическая связь вала-шестерни с лопастями выполнена в виде кулачкового механизма, по меньшей мере, один кулачок которого жестко посажен на валу-шестерне с возможностью взаимодействия с толкателем, размещенным в радиальной прорези перегородки, причем профиль кулачка выполнен таким образом, что величина разности наибольшего расстояния от оси вращения кулачка до точки соприкосновения с толкателем на одной стороне плоскости, проходящей через ось вращения кулачка, и радиуса полуокружности на другой стороне этой плоскости равна рабочей высоте лопастей, а на торце толкателя, обращенного к корпусу, выполнены цилиндрические сегменты, взаимодействующие с цилиндрическими сегментами лопастей.