РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2015 года по МПК F04C2/00 

Изобретение относится к области роторных машин и может найти широкое применение, в частности, в качестве насоса при перекачивании вязких сред с высоким уровнем содержания абразивных частиц, например битума.

Известна роторная машина, содержащая, по меньшей мере, одну пару профилированных роторов, установленных на параллельных валах в сопряженных расточках корпуса с возможностью синхронного вращения в одном направлении с образованием камер переменного объема, имеющая систему газораспределения в виде окон на поверхности расточек корпуса и профилированных окон в торцевых крышках и каналов в роторах по АС СССР №1541409.

Известна также роторная машина содержащая, по меньшей мере две пары профилированных роторов, установленных на параллельных валах в сопряженных расточках корпуса под углом друг к другу с возможностью синхронного вращения в одном направлении с образованием камер переменного объема, имеющая систему газораспределения в виде окон на боковой поверхности расточек корпуса и выборки на задней по ходу вращения поверхности каждого ротора второй и последующих секций по АС СССР № 1668732.

Недостатком данных технических решений является малое проходное сечение окон, что снижает производительность машины из-за возникающей турбулентности потока рабочего тела.

От указанного недостатка - малое проходное сечение окон - свободна роторная машина, содержащая по меньшей мере две пары профилированных роторов, установленных на параллельных валах в сопряженных цилиндрических расточках корпуса под углом друг к другу с возможностью синхронного вращения в одном направлении, имеющая систему впускных, перепускных и выпускных каналов в деталях корпуса по АС СССР № 1765518. Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому решению и принято за прототип.

Общим недостатком известных технических решений является возможность попадания в зазор между наружной поверхностью роторов и поверхностью расточек корпуса мелких абразивных частиц, присутствующих в перекачиваемой среде, размер которых сопоставим с величиной зазора, с последующим заклиниванием частиц между наружной поверхностью роторов и корпусом и разрушением данных поверхностей.

Другим недостатком известных решений является наличие острого угла в местах стыка цилиндрической поверхности расточек корпуса и плоскости боковых крышек или межсекционных переборок машины. Вследствие лучшего сцепления абразивных частиц с поверхностью в углах корпусных деталей абразивные частицы скапливаются в углах расточек корпуса, что приводит к износу острых граней роторов и потере работоспособности машины.

Третьим значительным недостатком известных решений является возможность заклинивания более крупных абразивных частиц боковой поверхностью ротора. Боковая поверхность каждого ротора имеет форму дуги, выпуклой стороной обращенной к поверхности расточки корпуса, и вместе с поверхностью расточки корпуса образует форму дугообразного клина, вследствие чего абразивные частицы, размер которых больше, чем зазор между ротором и корпусом, вынуждены перемещаться по поверхности расточки корпуса перед поверхностью ротора, испытывая одновременно механический прижим к поверхности расточки корпуса набегающей клиновидной передней поверхностью ротора. Это приводит к быстрому износу поверхности расточек корпуса и поверхности роторов.

Четвертым недостатком прототипа является пульсирующий характер подачи перекачиваемой среды из-за наличия участка с плавным нарастанием объема между роторами и корпусом в начале цикла и плавного уменьшения объема между роторами и корпусом в конце цикла. Данный недостаток также не позволяет объединения более двух секций роторов при перекачивании жидкой среды вследствие возникновения замкнутых переменных объемов внутри машины.

Общими признаками предложенного технического решения и прототипа являются признаки - роторная машина, содержащая по меньшей мере две пары роторов, установленных на параллельных валах в сопряженных расточках корпуса под углом друг к другу с возможностью синхронного вращения в одном направлении с образованием камер переменного объема, и систему впускных, перепускных и выпускных каналов в деталях корпуса.

Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса роторной машины в условиях перекачивания среды, имеющей значительное загрязнение абразивными частицами разного размера и увеличение ламинарности потока перекачиваемой среды.

Указанная задача последовательно решается несколькими изобретениями, каждое из которых решает самостоятельную задачу, объединенными в рамках единого изобретательского замысла повышения ресурса машины при перекачивании сред, имеющих значительное загрязнение абразивными частицами разного размера.

Наибольшее значение для увеличения ресурса машины в условиях сильного загрязнения перекачиваемой среды имеет исключение возможности заклинивания мелких абразивных частиц, размер которых сопоставим с зазором между наружной поверхностью ротора и поверхностью расточек корпуса. Существенными признаками, отличающими предложенное решение от прототипа и обеспечивающими отсутствие возможности заклинивания мелких абразивных частиц между наружной поверхностью ротора и поверхностью расточек корпуса, является то, что форма каждого ротора выполнена с увеличением зазора между поверхностями ротора и расточки корпуса по направлению вращения, для чего на передней по ходу вращения поверхности каждого ротора выполнена выступающая кромка, а на противоположной стороне ротора выполнено понижение профиля ротора, или наличием эксцентриситета ротора относительно оси вращения, или с тем и с другим одновременно.

Достигаемым техническим результатом является отсутствие возможности заклинивания мелких абразивных частиц, и это достигается двумя альтернативными группами признаков, либо их комбинацией:

1. При наличии на передней поверхности ротора выступающей кромки и ответного понижения на противоположной стороне ротора, предназначенного для отсутствия заклинивания роторов между собой, минимальный зазор образован между выступающей кромкой ротора и поверхностью расточки корпуса. После этого участка зазор увеличивается, и абразивная частица не может коснуться одновременно обеих стенок зазора, из-за чего не имеет возможности заклинивания.

2. При наличии эксцентриситета роторов зазор между наружной поверхностью ротора и поверхностью расточки корпуса образуется обратный клин, который поворотом роторов непрерывно увеличивается, что не позволяет абразивной частице или группе частиц заклинить между этими поверхностями.

3. При наличии выступающей кромки и эксцентриситета роторов одновременно техническое решение имеет преимущество сохранения работоспособности даже при сильном износе выступающей кромки.

В рамках уже достигаемого эффекта отсутствия заклинивания мелких абразивных частиц между наружной поверхностью ротора и поверхностью расточек корпуса ресурс машины может быть значительно повышен устранением ускоренного износа острых боковых граней роторов. Ускоренный износ острых боковых граней ротора возникает из-за лучшего сцепления абразивных частиц с поверхностью расточек корпуса в углах стыка цилиндрической поверхности расточек корпуса с плоскостью крышки или переборки между секциями машины. Существенными признаками данного технического решения, обеспечивающими достижение результата, является то, что поверхность наружных и боковых стенок расточек корпуса, а также наружная и боковая поверхность роторов выполнены сопряженными. При наличии сопряжения поверхностей поверхность расточки корпуса не имеет изломов, сцепление абразивных частиц с поверхностью затруднено и не может вызвать ускоренного износа поверхностей ротора, на боковой поверхности которого также отсутствует острая грань, как и на поверхности расточки корпуса.

Также уже в рамках достигаемого эффекта отсутствия заклинивания мелких абразивных частиц между наружной поверхностью ротора и поверхностью расточек корпуса ресурс машины может быть значительно увеличен путем устранения заклинивания более крупных абразивных частиц между передней боковой по ходу вращения поверхностью ротора и поверхностью расточки корпуса. Существенными признаками данного технического решения является то, что на передней по ходу вращения поверхности каждого ротора выполнена выборка, причем выборка выполнена с возможностью обеспечения прямого или отрицательного угла наклона передней поверхности выступающей кромки ротора по отношению к поверхности расточек корпуса. Эффект отсутствия заклинивания крупных абразивных частиц между передней по ходу вращения боковой поверхностью ротора и поверхностью расточек корпуса достигается тем, что передняя поверхность выступающей кромки ротора при наличии прямого или отрицательного угла с поверхностью расточки корпуса перекатывает крупные абразивные частицы по поверхности расточки корпуса перед ротором, не прижимая их сверху клиновой поверхностью. Вследствие отсутствия прижима абразивных частиц сверху они в меньшей степени повреждают поверхности расточки и самого ротора, что увеличивает ресурс машины.

В рамках уже имеющихся отличительных признаков - при наличии выборки на передней поверхности ротора, возникает такой недостаток, как увеличенная пульсация давления и подаваемого объема жидкости на выходе машины, так как при наличии выборки на передней поверхности роторов они теряют смыкание на этом участке. Ламинарность потока жидкости на выходе машины может быть восстановлена вплоть до полностью сглаженной характеристики подачи. Отличительными существенными признаками данного технического решения является наличие выборок одновременно на передней и задней поверхности роторов. При этом работоспособность машины достигается выбором соотношения межцентрового расстояния роторов, радиуса расточек корпуса и угла поворота роторов смежных секций относительно друг друга. Техническим результатом является повышение ламинарности потока перекачиваемой среды. Также это позволяет при перекачивании жидкой среды объединение более двух секций роторной машины для создания высокого давления.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами Фиг.1 - Фиг.34.

На Фиг.1 изображена роторная машина в разрезе вида сверху.

На Фиг.2 изображен разрез корпусных деталей машины.

На Фиг.3 изображен ротор машины, вид спереди.

На Фиг.4 изображен ротор машины, вид сбоку.

На Фиг.5 изображен ротор машины, вид сзади.

На Фиг.6 изображено построение профиля ротора с выступающей кромкой.

На Фиг.7 изображено построение профиля ротора с эксцентриситетом относительно оси вращения.

На Фиг.8 изображено построение профиля ротора с выступающей кромкой и наличием эксцентриситета ротора одновременно.

На Фиг.9 изображено исходное положение роторов первой секции (оба ротора обращены вниз).

На Фиг.10 изображено исходное положение роторов второй секции.

На Фиг.11 изображено положение роторов первой секции при повороте на 13°.

На Фиг.12 изображено положение роторов второй секции при повороте на 13°.

На Фиг.13 изображено положение роторов первой секции при повороте на 26°.

На Фиг.14 изображено положение роторов второй секции при повороте на 26°.

На Фиг.15 изображено положение роторов первой секции при повороте на 51°.

На Фиг.16 изображено положение роторов второй секции при повороте на 51°.

На Фиг.17 изображено положение роторов первой секции при повороте на 77°.

На Фиг.18 изображено положение роторов второй секции при повороте на 77°.

На Фиг.19 изображено положение роторов первой секции при повороте на 90°.

На Фиг.20 изображено положение роторов второй секции при повороте на 90°.

На Фиг.21 изображено положение роторов первой секции при повороте на 103°.

На Фиг.22 изображено положение роторов второй секции при повороте на 103°.

На Фиг.23 изображено положение роторов первой секции при повороте на 116°.

На Фиг.24 изображено положение роторов второй секции при повороте на 116°.

На Фиг.25 изображено положение роторов первой секции при повороте на 129°.

На Фиг.26 изображено положение роторов второй секции при повороте на 129°.

На Фиг.27 изображено положение роторов первой секции при повороте на 154°.

На Фиг.28 изображено положение роторов второй секции при повороте на 154°.

На Фиг.29 изображено положение роторов первой секции при повороте на 168°.

На Фиг.30 изображено положение роторов второй секции при повороте на 168°.

На Фиг.31 изображено положение роторов первой секции при повороте на 180°.

На Фиг.32 изображено положение роторов второй секции при повороте на 180°.

На Фиг.33 изображено исходное положение роторов первой секции с обозначениями углов для расчета.

На Фиг.34 изображено исходное положение роторов второй секции с обозначениями углов для расчета.

Фиг.1, Фиг.2 следует рассматривать совместно.

Роторная машина содержит профилированные роторы, расположенные попарно в расточках сборного корпуса, образуя первую и вторую по ходу перемещения рабочей среды секцию роторов, соответственно:

Роторы 1, 2 образуют первую секцию роторов.

Роторы 3, 4 образуют вторую секцию роторов.

Угловое положение роторов первой и второй секции на Фиг.1 изображено условно, истинное положение роторов с указанием углов изображено на Фиг.9, 10.

Сборный корпус роторной машины содержит центральную часть корпуса, состоящую из двух деталей 5, 6, показанных в разрезе по A-A на Фиг.2, двух наружных корпусных деталей 7 и наружных крышек (не пронумерованы).

Разрез на Фиг.1 проходит по плоскости разъема деталей 5, 6 корпуса, вследствие чего верхняя половина детали 5 корпуса не видна, а нижняя половина детали 6 корпуса показана не в разрезе.

Крепление корпусных деталей между собой опущено с целью упрощения чертежей.

В корпусных деталях 5, 6, 7 выполнены всасывающие каналы 8, верхний перепускной канал 9, нижний перепускной канал 10 и напорные каналы 11.

Всасывающие каналы 8 раскрыты в расточку корпуса первой секции роторов 1, 2 и на Фиг.2 изображены видимым контуром.

Напорные каналы 11 раскрыты в расточку корпуса второй секции роторов 3, 4 и на Фиг.2 изображены невидимым контуром.

Перепускные каналы 9, 10 раскрыты одновременно в расточку корпуса первой секции роторов и на Фиг.2 изображены видимым контуром и в расточку второй секции роторов (невидимым контуром).

Роторы 1, 3 выполнены как единое целое с валом 12, роторы 2, 4 выполнены как единое целое с валом 13 (Фиг.1).

Валы 12, 13 установлены с возможностью вращения в подшипниковых узлах 14.

На валах 12, 13 имеются эксцентриковые шейки 15, оси которых разнесены на четверть оборота на противоположных концах валов 12, 13.

Шейки 15 валов 12, 13 через подшипниковые узлы соединены шатунами 16, образуя механизм синхронизации вращения валов 12, 13.

Также на валах 12, 13 установлены балансировочные противовесы 17.

Наружная часть вала 12 проходит сквозь сальник, установленный в наружной крышке, и является в зависимости от направления потока мощности либо валом привода роторной машины, либо валом отбора мощности.

В корпусных деталях 7 соосно валам 12, 13 выполнены разгрузочные расточки 18, сообщающиеся со всасывающим каналом 8. Между расточками 18 и подшипниковыми узлами 14 установлены сальники (не пронумерованы).

Форма роторов 1, 2 и 3, 4 идентична. Роторы 2, 4 второй секции повернуты относительно роторов 1, 2 первой секции против хода вращения.

На Фиг.3 изображен вид ротора спереди.

На Фиг.4 изображен вид ротора в разрезе сбоку. Направление вращения ротора принято по часовой стрелке.

На Фиг.5 изображен вид ротора сзади.

Поверхность ротора состоит из наружной цилиндрической части 19 и выступающей над поверхностью 19 кромки 20.

На противоположной от режущей кромки 20 стороне ротора выполнено понижение профиля 21 для беспрепятственного поворота роторов.

С противоположной стороны от наружной цилиндрической части 19 выполнена внутренняя цилиндрическая часть 22 поверхности ротора.

На передней поверхности ротора выполнена выборка 23, обеспечивающая отрицательный угол наклона передней поверхности кромки 20.

На задней поверхности ротора выполнена выборка 24, поверхность которой заканчивается задним изломом 25 поверхности ротора.

С обоих торцов ротора вал 12 (13) выполнен увеличенного диаметра в форме диска 26, радиус которого больше радиуса внутренней цилиндрической части 22 поверхности ротора.

Наружная цилиндрическая поверхность 19 ротора выполнена сопряженной с боковой поверхностью ротора радиусом r, внутренняя цилиндрическая поверхность 22 сопряжена с торцевыми поверхностями дисков 26 радиусом сопряжения r+1, где 1 - расчетный зазор, а центры сопряжения радиусов (r+1), r лежат в одной плоскости.

Для наглядности изображения выступание кромок 20, 27 выполнено на чертежах в сильно преувеличенном виде.

Построение профиля ротора.

На Фиг.6 изображено построение профиля ротора с выступающей кромкой. Методика базируется на построении выступающей кромки и ответного понижения профиля ротора с противоположной стороны ротора относительно оси вращения.

В прямоугольной системе координат X0Y, полагая 0 также центром вращения и геометрическим центром левого ротора, на прямой 0X откладываем точку 0₁ - геометрический центр правого ротора (без учета зазоров).

Отрезок 00₁=A, где A - межцентровое расстояние роторов без учета зазоров.

Из центров 0, 0₁ проводим окружности радиуса R₁, где R₁ - наружный радиус поверхности ротора, точку пересечения окружностей радиуса R₁ ниже оси 0X, обозначив как точку B. Из точки B параллельно оси 0X в направлении минус X проводим прямую до пересечения с окружностью радиуса R₁, обозначив пересечение как точку C.

Из центра 0 радиусом (A-R₁) проводим окружность.

Из точки B через центр 0 проводим прямую и продолжаем ее до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), точку пересечения обозначив как точку L.

Из точки C через центр 0 проводим прямую и продолжаем ее до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), точку пересечения обозначив как точку M.

Из точки C радиусом A соединяем точки B, M.

Из точки B радиусом A соединяем точки L, C. На продолжении дуги L∪C за пределами окружности радиуса R1 выбираем точку D - точку поверхности ротора, максимально удаленную от центра 0.

Из точки D радиусом A проводим дугу от точки B до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), обозначив пересечение как точку F.

Пересечение дуги B∪F с радиусом 0М обозначим как точку N.

Из точки F через центр 0 проводим прямую до пересечения с окружностью радиуса R₁, обозначив пересечение как точку E.

Из точек D, E радиусом A находим равноудаленную от точек D, E точку выше оси 0X, обозначив ее как G. Из точки G радиусом A соединяем точки D, E.

Полученная фигура D∪L∪F∪N∪B∪E∪D представляет собой профиль поверхности ротора со ступенчатым увеличением зазора между наружной поверхностью ротора и поверхностью расточки корпуса.

Обозначив расчетный зазор между роторами как $$$$ l₁, на прямой 0X отмечаем точку $$0_1^{\text{'}}$$ , действительный центр правого ротора. $${00}_1^{\text{'}}={00}_1+l_1$$

Обозначив расчетный зазор между ротором и поверхностью расточки корпуса как l₂, имея точку D - точку поверхности ротора, максимально удаленную от центра 0, найдем радиус расточек корпуса с учетом зазоров R₂=0D+l₂. Из центров 0, $$0_1^{\text{'}}$$ радиусом R₂ строим дуги, представляющие поверхность расточек корпуса с учетом зазоров между роторами и между роторами и корпусом.

На Фиг.7 изображено построение профиля ротора с эксцентриситетом относительно оси вращения. Методика базируется на смещении геометрического центра ротора относительно оси вращения. В прямоугольной системе координат X0Y, полагая 0 геометрическим центром левого ротора, на прямой 0X откладываем точку 0₁ - геометрический центр правого ротора (без учета зазоров). Отрезок 00₁=A, где A - межцентровое расстояние роторов без учета зазоров.

Из центров 0, 0₁ проводим окружности радиуса R₁, где R₁ - наружный радиус поверхности ротора, точку пересечения окружностей радиуса R₁ ниже оси 0X обозначим как точку В. Из точки В параллельно оси ОХ в направлении минус X проводим прямую до пересечения с окружностью радиуса R₁, обозначив пересечение как точку С.

Из центра 0 радиусом (A-R₁) проводим окружность.

Из точки B через центр 0 проводим прямую и продолжаем ее до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), точку пересечения обозначим как точку D.

Из точки С через центр 0 проводим прямую и продолжаем ее до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), точку пересечения обозначим как точку F.

Из точки В дугой радиуса A соединяем точки C, D.

Из точки C дугой радиуса A соединяем точки B, F.

Полученная фигура B∪C∪D∪F∪B представляет собой профиль поверхности ротора.

На отрезке 0F вблизи точки 0 выбираем точку 0′ - центр вращения ротора.

Тогда отрезок 00′ представляет собой эксцентриситет ротора.

Обозначив расчетный зазор между роторами как l₁, на прямой 0X отмечаем точку 0₂, геометрический центр правого ротора с учетом зазора. 00₂=00₁+l₁ Находим центр вращения правого ротора с учетом эксцентриситета, обозначив его как $$0_2^{\text{'}}$$ .

Обозначив расчетный зазор между ротором и поверхностью расточки корпуса как l₂,имея точку C - точку поверхности ротора, максимально удаленную от центра вращения 0′, найдем радиус расточек корпуса с учетом зазора R₂=0′C+l₂. Из центров 0, $$0_2^{\text{'}}$$ радиусом R₂ строим дуги, представляющие поверхность расточек корпуса с учетом зазоров между роторами и между роторами и корпусом.

На Фиг.8 изображено построение профиля ротора с выступающей кромкой и наличием эксцентриситета роторов одновременно.

В прямоугольной системе координат X0Y, полагая 0 геометрическим центром левого ротора, на прямой 0X откладываем точку 0₁ - геометрический центр правого ротора (без учета зазоров). Отрезок 00₁=A, где A - межцентровое расстояние роторов без учета зазоров.

Из центров 0, 0₁ проводим окружности радиуса R₁, где R₁ - наружный радиус поверхности ротора, точку пересечения окружностей радиуса R₁ ниже оси 0X обозначим как точку B. Из точки B параллельно оси 0X в направлении минус X проводим прямую до пересечения с окружностью радиуса R₁, обозначив пересечение как точку C.

Из центра 0 радиусом (A-R₁) проводим окружность.

Из точки B через центр 0 проводим прямую и продолжаем ее до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), точку пересечения обозначив как точку D.

Из точки C через центр 0 проводим прямую и продолжаем ее до пересечения с окружностью радиуса (A-R₁), точку пересечения обозначив как точку F.

Из точки B дугой радиуса A соединяем точки C, D.

Из точки С дугой радиуса А соединяем точки B, F.

Полученная фигура B∪C∪D∪F∪B представляет собой профиль поверхности ротора без учета выступания кромки и наличия эксцентриситета роторов.

На отрезке 0F вблизи точки 0 выбираем точку 0′ - центр вращения ротора. Тогда отрезок 00′ представляет собой эксцентриситет ротора.

Обозначив расчетный зазор между роторами как l₁, на прямой 0X отмечаем точку 0₂, геометрический центр правого ротора с учетом зазора. 00₂=00₁+l₁

Находим центр вращения правого ротора с учетом эксцентриситета, обозначив его как $$0_2^{\text{'}}$$ .

На продолжении прямой 0C вблизи точки C выберем произвольно точку E, представляющую крайнюю точку выступающей кромки, на дуге CB выберем точку G, представляющую точку сопряжения дуги CB и дуги EG (затылочная поверхность кромки Е). Из точек E, G радиусом A (межцентровое расстояние роторов) находим вспомогательный центр - точку K. Из точки K дугой радиуса A соединяем точки E, G.

Вблизи точки E произвольно намечаем точку H так, чтобы прямая EH составляла с поверхностью расточки прямой или отрицательный угол. Прямая EH представляет переднюю (фронтальную) по ходу вращения ротора поверхность выступающей кромки.

Из точки E радиусом A отсекаем в точке T от окружности радиуса (A-R1) сегмент до пересечения с прямой 0F, обозначив пересечение как точку N.

Соединяем прямыми линиями точки DH и точки NB. Полученная фигура EHD∪T∪NB∪G∪E представляет профиль ротора с выступающей кромкой, при наличии эксцентриситета ротора и при наличии выборок на боковых образующих поверхностях ротора.

Продляем прямую 0′E на величину l2 (расчетный зазор между кромкой ротора и поверхностью расточки корпуса), обозначив конец зазора как точку M, принадлежащую поверхности расточки корпуса.

Из центров 0′, 0′2 радиусом 0′M проводим дуги, представляющие поверхность расточек корпуса.

Работа роторной машины иллюстрируется чертежами Фиг.9 - Фиг.32. Индексы деталей опущены для упрощения чертежей.

На Фиг.9 изображен в упрощенном виде разрез роторной машины по первой секции (роторы 1, 2) в положении оба ротора обращены вниз.

На Фиг.10 изображен в упрощенном виде разрез роторной машины по второй секции (роторы 3, 4), соответствующий исходному положению роторов первой секции.

Фиг.9, 10 (и далее попарно) расположены рядом для наглядности происходящих процессов.

Работа роторной машины происходит следующим образом:

Фиг.9, 10 (Исходное положение, +0°). Ранее происходивший поворот валов 12, 13 привел к тому, что в верхней правой части второй секции роторов происходит линейное увеличение объема, заполняемого через верхний перепускной канал и верхний впускной канал. Ранее отсеченный объем в правой нижней части второй секции вытесняется в нижний выпускной канал.

Фиг.11, 12 (+13°). Происходящий разрыв между роторами первой секции не приводит к потере работоспособности машины, так как продолжаются процессы всасывания и вытеснения во второй секции роторов, а оба раскрытых канала первой секции являются всасывающими.

Фиг.13, 14 (+25,714°). Роторы первой секции смыкаются, и начинается процесс активного всасывания перемещаемой среды в линейно увеличивающийся объем в левой нижней части первой секции. Во второй секции продолжаются процессы всасывания и вытеснения.

Фиг.15, 16 (+51,428°). Передняя поверхность правого ротора первой секции достигает верхнего излома поверхности расточек корпуса первой секции, и линейно уменьшающийся объем в верхней левой части первой секции роторов через верхний перепускной канал принудительно перемещается в линейно нарастающий объем в верхней правой части второй секции. Процесс вытеснения из нижней правой части второй секции продолжается.

Фиг.17, 18 (+77,142°). Поворот роторов второй секции открывает верхний выпускной канал, и линейно уменьшающийся объем в верхней левой части первой секции вытесняется через верхний выпускной канал второй секции. В нижней правой части второй секции заканчивается процесс вытеснения в нижний выпускной канал.

Фиг.19, 20 (+90°). Поворот валов 12, 13 привел к разрыву между роторами второй секции, и линейно уменьшающийся объем в верхней левой части первой секции вытесняет перемещаемую среду в оба выпускных канала второй секции.

Фиг.21, 22 (+102,856°). Поворот валов 12, 13 привел к перекрытию нижнего выпускного канала второй секции, и продолжающееся линейное уменьшение объема в верхней левой части первой секции вытесняет перемещаемую среду через верхний перепускной канал в верхний выпускной канал второй секции.

Фиг.23, 24 (+115,714°). Поворот валов 12, 13 привел к повторному разрыву смыкания роторов второй секции, но это не повлияло на процессы всасывания и вытеснения, происходящие в первой секции машины, так как нижний перепускной канал перекрыт поверхностью правого ротора первой секции.

Фиг.25, 26 (+128,57°). Поворот валов 12, 13 привел к одновременному отрыву задней поверхности правого ротора первой секции от нижнего излома поверхности расточек корпуса первой секции и смыканию роторов второй секции, вследствие чего к процессу всасывания перекачиваемой среды происходящим в первой секции роторов, подключается также линейно нарастающий объем в левой нижней части второй секции роторов, заполняемый также через нижний впускной канал и нижний перепускной канал. В верхней левой части первой секции продолжается процесс вытеснения перемещаемой среды через верхний перепускной канал и полость второй секции в верхний выпускной канал.

Фиг.27, 28 (+154,284°). Поворот валов 12, 13 привел к одновременному разрыву роторов первой секции и достижению передней гранью правого ротора верхнего излома расточек корпуса второй секции роторов, при этом объем над правым ротором второй секции оказался отсеченным и замкнутым, и перемещение среды в него невозможно. Линейно уменьшающийся объем в левой верхней части второй секции вытесняет перемещаемую среду в верхний выпускной канал. В левой нижней части второй секции роторов происходит увеличение объема, заполняемого через нижний перепускной канал, полость первой секции и нижний впускной канал.

Фиг.29, 30 (+168°). Поворот валов 12, 13 привел к разрыву роторов первой секции и открытию верхнего перепускного канала, но это не нарушает работоспособности машины вследствие того, что объем над правым ротором второй секции замкнут. Во второй секции продолжаются процессы всасывания и вытеснения перемещаемой среды.

Фиг.31, 32 (+180°). Поворот валов 12, 13 привел к перекрытию верхнего перепускного канала поверхностью левого ротора первой секции. Во второй секции продолжаются процессы всасывания и вытеснения перемещаемой среды.

Дальнейший поворот валов 12, 13 приводит к зеркальному повторению происходящих процессов.

Расчет радиуса расточек корпуса и углового соотношения роторов первой и второй секции машины при заданном межцентровом расстоянии A.

Для обеспечения работоспособности машины форма роторов и угловое расположение роторов первой и второй секции должны удовлетворять условиям наступления событий на Фиг.9, Фиг.10; Фиг.15, Фиг.16; Фиг.27, Фиг.28. Вводимые обозначения углов обозначены на Фиг.33, 34.

Фиг.33 соответствует положению оба ротора первой секции обращены вниз.

Фиг.34 соответствует положению роторов второй секции, когда роторы первой секции обращены вниз.

Поворот роторов первой секции на угол ∠q (угол сопряжения расточек корпуса) приводит к тому, что передняя грань правого ротора первой секции перемещается от нижней точки сопряжения расточек корпуса (Фиг.9) к верхней точке сопряжения расточек (Фиг.15). Для того чтобы задняя грань левого ротора второй секции одновременно достигла верхней точки сопряжения расточек корпуса (Фиг.16), она должна быть предварительно повернута от этой точки против хода вращения на этот же угол ∠q (Фиг.34). При этом задняя грань правого ротора расположена под углом ∠b к вертикальной оси, а передняя грань правого ротора расположена под углом ∠c к вертикальной оси. Угол ∠b на Фиг.34 можно выразить как разницу прямого угла и суммы угла поворота от положения на Фиг.10 до положения на Фиг.16 и половины угла сопряжения ∠q/12.

∠b=90°-∠q-0.5∠q=90°-1,5∠q

Угловая ширина ротора (Фиг.33)

∠h=180°-∠q.

Отсюда угол ∠c на Фиг.34 может быть выражен

∠c=180°-∠b-∠h=180°-90°+1,5∠q-180°+∠q=2,5∠q-90°.

Рассчитываем угол поворота, на который правый ротор первой секции провернется до положения на Фиг.27, а правый ротор второй секции провернется до положения на Фиг.28 и приравниваем их.

Ротор первой секции провернется на угол, равный угловой ширине ротора плюс половина угла сопряжения:

S1=∠h+0,5∠q=(180°-∠q)+0,5∠q=180°-0,5∠q.

Ротор второй секции провернется на угол, равный сумме угла ∠c+90° и половине угла сопряжения расточек 0,5∠q:

∠S2=∠c+90°+0,5∠q=2,5∠q-90°+90°+0,5∠q=3∠q

∠S1=∠S2

180°-0,5∠q=3∠q

∠q=180°/3,5=51,428°

∠h=180°-51,428°=128,752°

∠b=90°-∠q-0.5∠q=90°-1,5∠q=12,858°

∠c=2,5∠q-90°=38,57°.

Принимая радиус R расточек корпуса без учета зазоров за гипотенузу, а половину межцентрового расстояния роторов A за прилежащий катет, имеем соотношение:

A/2/R=cos∠q/2=cos25,714°=0,90097

R=A/1,8019≈А/1,8.

Считая исходным положение роторов первой секции - роторы направлены вниз, угловое положение роторов второй секции найдем как среднеарифметический угол от положения передней и задней грани роторов второй секции (Фиг.9, 34).

∠d=[∠c+(∠c+∠h)]/2=102,946°.

Роторы второй секции повернуты относительно роторов второй секции на 102,946°

против направления вращения. Радиус расточки равен межцентровому расстоянию, деленному на 1,8019.

Полученные в результате расчета углы и межцентровое расстояние обеспечивают гладкую характеристику подачи роторной машины в режиме насоса.

Изобретение относится к области роторных машин и может найти применение в промышленности, в частности в качестве насоса при перекачивании вязких сред с высоким уровнем содержания абразивных частиц. Предложено изменение геометрии роторов и расточек корпуса. На передней по ходу вращения поверхности роторов выполнена выступающая кромка, а на противоположной стороне ротора - ответное понижение профиля, обеспечивающее отсутствие заклинивания роторов, также на передней поверхности ротора выполнена выборка, обеспечивающая отрицательный угол наклона передней поверхности кромки по отношению к поверхности расточек корпуса. Машина разделена на две секции, и работоспособность машины при отсутствии смыкания роторов одной секции достигается за счет перекрытия этого участка смыканием роторов другой секции, вследствие чего уменьшается пульсация перекачиваемой среды. Изобретение направлено на увеличение ресурса роторной машины в условиях перекачивания среды, имеющей значительное загрязнение абразивными частицами разного размера, и увеличение ламинарности потока перекачиваемой среды. 3 з.п. ф-лы, 34 ил.

1. Роторная машина, содержащая, по меньшей мере, две пары профилированных роторов, установленных на параллельных валах в сопряженных расточках корпуса под углом друг к другу с возможностью синхронного вращения в одном направлении с образованием камер переменного объема, и систему впускных, перепускных и выпускных каналов в деталях корпуса, отличающаяся тем, что форма каждого ротора выполнена с увеличением зазора между поверхностями ротора и расточки корпуса по направлению вращения, для чего на передней по ходу вращения поверхности каждого ротора выполнена выступающая кромка, а на противоположной стороне ротора выполнено понижение профиля ротора, или наличием эксцентриситета ротора относительно оси вращения, или с тем и с другим одновременно.

2. Роторная машина по п.1, отличающаяся тем, что поверхность наружных и боковых стенок расточек корпуса, а также наружная и боковая поверхность роторов выполнены сопряженными.

3. Роторная машина по п.1, отличающаяся тем, что на передней по ходу вращения поверхности каждого ротора выполнена выборка, причем выборка выполнена с возможностью обеспечения прямого или отрицательного угла наклона передней поверхности выступающей кромки ротора по отношению к поверхности расточек корпуса.

4. Роторная машина по п.1 или 3, отличающаяся тем, что на задней по ходу вращения поверхности каждого ротора выполнена выборка произвольной формы.