ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2010 года по МПК F01C1/348 

Изобретение относится к машиностроению и, в частности к роторным машинам объемного действия.

Известна объемная роторная машина (RU 2282037 С1, 11.05.2005), содержащая неподвижный статор с размещенными в нем опорами, торцевые диски, полый вал и корпус, расположенные в статоре с возможностью вращения в этих опорах. Корпус по наружному диаметру установлен внутри одной из этих опор, выполненной, например, в виде подшипника качения. Машина содержит также сухарь, лопасть, установленную внутри корпуса с возможностью обеспечения жесткой связи с дисками и одновременным скольжением в сухаре, расположенном в корпусе. Кроме того, машина содержат питательные окна, расположенные в противоположных дисках по обе стороны лопасти, одно из которых сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала посредством размещенной в машине камеры.

В данной машине вал вращается равномерно, а корпус имеет вращение неравномерное, характерное для кулисного механизма.

Основными недостатками данной машины являются повышенные моменты от сил инерции, действующие на вал, так как ось вращения вала расположена внутри корпуса. Суммарный момент инерции, действующий на рабочий вал, будет складываться из моментов инерции непосредственно корпуса и моментов инерции внутренней обоймы подшипника, в котором расположен корпус. Поэтому при увеличении числа лопастей на валу автоматически увеличивается и число неравномерно вращающихся масс в виде этих корпусов, заключенных во внутренние обоймы подшипников качения и самих тел качения. Недостатком является также и скольжение корпуса относительно торцовых дисков, что снижает герметичность и, как следствие, объемный КПД машины.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение влияния моментов инерции, упрощение конструкции, а также повышение объемного КПД машины.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в роторной объемной машине, содержащей статор с размещенными в ней опорами, торцевые диски, полый вал и корпус, расположенные в статоре с возможностью вращения в опорах, а также сухарь, лопасть, установленную внутри корпуса с возможностью обеспечения жесткой связи с дисками и одновременным скольжением ее в сухаре, питательные окна, расположенные в противоположных дисках по обе стороны лопасти, одно окно из которых сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала посредством размещенной в машине камеры, согласно изобретению корпус расположен соосно с дисками с возможностью жесткой связи с ними и лопастью, камера размещена в корпусе. При этом полый вал установлен в качестве оси, расположенной эксцентрично в опорах статора относительно оси вращения корпуса и торцевых дисков, а сухарь установлен во втулке, размещенной внутри корпуса между дисками с возможностью обеспечения контакта с корпусом и вращения на оси. Кроме того, корпус и диски установлены с возможностью передачи крутящего момента и выполнены в виде ротора, а сама передача его может быть осуществлена или непосредственно от ротора, или при помощи вала, связанного с ротором кинематической передачей.

Соосное расположение корпуса относительно дисков с возможностью обеспечения жесткой связи с ними и лопастью, и выполненное в виде ротора, значительно снижает моменты от сил инерции и повышает объемный КПД. Это происходит благодаря тому, что передача крутящего момента в предложенной машине осуществлена при помощи корпуса с дисками, выполненных в виде ротора, а неуравновешенные моменты от сил инерции приложены ко втулке, вращающейся внутри ротора на оси. При этом не только значительно уменьшаются радиусы приложения сил инерции, но и появляется возможность уменьшения вращающихся масс самой втулки путем выполнения в ней карманов. Кроме того, устраняется необходимость наличия опор вращения в статоре для каждого корпуса, так как корпус выполнен единым, что также упрощает конструкцию в целом. Здесь нужно заметить, что при любом количестве рабочих лопастей в машине этот единый корпус посредством дисков будет располагаться в виде ротора всего на 2-х опорах вращения.

Поэтому техническое решение позволяет снизить моменты инерции, упростить конструкцию, а также повысить объемный КПД машины за счет уменьшения перетечек.

На чертежах приведена полуконструктивная схема машины.

На фиг.1 изображен продольный разрез, где показано расположение и взаимосвязь основных частей машины.

На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1.

На фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.

На фиг.5 - разрез по Г-Г на фиг.1.

На фиг.6 - разрез по Д-Д на фиг.1.

На фиг.7 показан характер неравномерности вращательного движения левой втулки.

На фиг.8 показан характер неравномерности вращательного движения правой втулки.

Схема поясняет работу машины в режиме полноприводного двигателя, поэтому сама машина представлена в виде сдвоенной.

Объемная роторная машина содержит статор 1 с размещенными в нем четырьмя опорами вращения 2, выполненными, например, в виде подшипников качения, торцевые диски 3 и 4, полая ось 5 и корпус 6 расположены в статоре 1 с возможностью вращения на двух опорах 2. Машина содержит также лопасть 8, установленную внутри корпуса 6 и жестко связанную с ним и дисками 3 и 4. Кроме того, свободный конец лопасти 8 установлен в сухаре 7 с возможностью скольжения. В свою очередь, сухарь 7 установлен во втулке 12, размещенной внутри корпуса 6 между дисками 3 и 4 с возможностью движения относительно их и вращения на оси 5 при помощи игольчатых подшипников 13. В дисках 3 и 4 расположены также питательные окна соответственно 9 и 10. (На разрезах А-А и Б-Б окна 10 показаны условно.) Винты 14 (см. фиг.6) служат для установки рабочего эксцентриситета е (см. фиг.1 и фиг.6), а также для уменьшения контактного давления втулки 12 на корпус 6 при работе машины. Пружины 15 служат для создания постоянного контакта, а также для предохранения от поломок в случае загрязнения рабочей среды твердыми частицам. Так как ось 5 установлена между дисками 3 с возможностью вращения от сил трения, то на открытый (правый) конец предусмотрена установка уплотнения 16 (см. фиг.1)

Кроме того, передача рабочего крутящего момента может быть осуществлена, или непосредственно от корпуса 6, например, колесом 17, или при помощи вала 18, связанного с корпусом 6 и дисками 4 кинематической, например зубчатой, передачей 19.

Как было указано выше, для работы в режиме двигателя машина выполнена сдвоенной. Для этого в общем корпусе 6 установлена дополнительная лопасть 8 (правая см. фиг.1), развернутая на 180° по отношению к первой (левой). Соответственно установлены диски, втулка в сборе с сухарем, аналогично описанным выше, т.е. машина состоит из двух секций, работающих в противофазе. Камера 11 расположена при этом между дисками 3 внутри корпуса 6 и сообщает питательные окна 9 дисков с полостью оси 5.

Машина работает следующим образом.

Рабочее тело под избыточным давлением Р подается в полую ось 5.(см. фиг.1) и попадает в полость камеры 11. Так как окно питания 9 (впускное) и окно питания 10 (выпускное) правой секции в этот момент перекрыты втулкой 12 (см. фиг.3 и 5), таким образом, рабочее тело попадает в рабочую камеру левой секции через открытое окно питания 9 (см. фиг.2 и 4) и воздействует на лопасть 8. Корпус 6 и диски 3 и 4, жестко связанные с лопастью 8, вращаются при этом в направлении, указанном стрелкой (см. фиг.1 и 2).

При этом рабочий объем камеры, расположенной с правой стороны от лопасти 8 (см. фиг.2), будет увеличиваться, а с левой - уменьшаться, и рабочее тело через окно питания 10 (см. фиг.2) будет вытесняться во внутреннюю полостью статора 1, а затем через расположенное внизу отверстие в систему или в атмосферу.

Крутящий момент при этом будет развивать только лопасть 8 левой секции (см. фиг.2 и 4). Затем начинают открываться окна питания 9 и 10, расположенные в правой секции. Рабочая площадь правой лопасти 8 будет увеличиваться, а левой уменьшаться. Крутящий момент, развиваемый при этом корпусом 6 будет суммарным от двух лопастей обоих секций. При достижении правой лопасти 8 горизонтального положения (см. фиг.8) правая втулка 12 достигнет максимальной скорости вращения и опередит корпус 6 на угол +α. Левая втулка 12 при этом будет иметь минимальную скорость и отстанет от корпуса 6 на угол - α (см. фиг.7). При вертикальных положениях лопастей 8 обоих секций скорости вращения втулок 12 и корпуса 6 будут равны.

Передача крутящего момента может быть осуществлена или непосредственно от корпуса 6 на колесо 17, или при помощи зубчатой передачи 19 на вал 18.

Неравномерность вращения втулок 12 прямо зависит от величины е=Д-Д₁/2.

Основным ценным качеством как у прототипа, так и у предлагаемой машины, в отличии от известных, является то, что относительные скорости скольжения (V_ск) между втулкой 12 и дисками 3 и 4 не зависят от габаритов (диаметров) машины, а лишь от эксцентриситета (е) и числа оборотов (n) в единицу времени, т.е. V_ск=π×2е×n.

Отсюда неожиданный технический эффект будет заключаться в том, что увеличение габаритов рабочих звеньев машины не ведет к увеличению их относительных скоростей скольжения и, как следствие, к увеличению износа и нагрева от сил трения.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам объемного действия. Объемная роторная машина содержит статор с размещенными в нем опорами вращения, торцевые диски, полый вал и корпус, расположенные в статоре с возможностью вращения в этих опорах, а также сухарь, лопасть, установленную внутри корпуса с возможностью обеспечения жесткой связи с дисками и одновременным скольжением ее в сухаре, питательные окна, расположенные в противоположных дисках по обе стороны лопасти. Одно из окон сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала посредством камеры, размещенной в машине. Корпус расположен соосно с дисками с возможностью жесткой связи с ними и лопастью. Камера размещена внутри корпуса, полый вал установлен в качестве оси, расположенной в опорах статора эксцентрично относительно общей оси корпуса и дисков. Сухарь установлен во втулке, размещенной внутри корпуса между дисками с возможностью вращения на оси и обеспечения по своему наружному диаметру контакта с корпусом. Изобретение направлено на уменьшение влияние моментов от сил инерции, упрощение конструкции и увеличение объемного КПД. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Объемная роторная машина, содержащая статор с размещенными в нем опорами вращения, торцевые диски, полый вал и корпус, расположенные в статоре с возможностью вращения в этих опорах, а также сухарь, лопасть, установленную внутри корпуса с возможностью обеспечения жесткой связи с дисками и одновременным скольжением ее в сухаре, питательные окна, расположенные в противоположных дисках по обе стороны лопасти, одно окно из которых сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала посредством камеры, размещенной в машине, отличающаяся тем, что корпус расположен соосно с дисками с возможностью жесткой связи с ними и лопастью, камера размещена внутри корпуса, полый вал установлен в качестве оси, расположенной в опорах статора эксцентрично относительно общей оси корпуса и дисков, а сухарь установлен во втулке, размещенной внутри корпуса между дисками с возможностью вращения на оси и обеспечения по своему наружному диаметру контакта с корпусом.

2. Объемная роторная машина по п.1, отличающаяся тем, что корпус и диски установлены с возможностью передачи крутящего момента и выполнены в виде ротора.

3. Объемная роторная машина по п.2, отличающаяся тем, что передача крутящего момента осуществлена непосредственно от ротора.

4. Объемная роторная машина по п.2, отличающаяся тем, что передача крутящего момента осуществлена при помощи вала, связанного с ротором кинематически.