РОТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2023 года по МПК F01C1/63 F04C18/63 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторным машинам объёмного вытеснения, и может быть использовано в компрессорах или вакуумных насосах.

Известна роторная машина (Патент РФ № 1449681, F02B 55/00, 55/16, 23.07.1984), содержащая корпус, механизм преобразования движения лопастей, установленный в корпусе, цилиндр, две боковые крышки, коаксиальные валы, роторы, выполненные заодно с коаксиальными валами и установленные в корпусах, а также две секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры. В цилиндре выполнены два окна, всасывающее и нагнетательное. Механизм преобразования движения лопастей выполнен в виде маховика (ведущее звено), жестко посаженного на вал, который установлен в корпусе эксцентрично коаксиальными валам. В маховике выполнен диаметральный паз. На коаксиальных валах жестко закреплены одноплечие рычаги, по одному на каждом валу. На шипах кривошипов установлены ползуны, которые размещены в диаметральном пазе маховика.

Недостатком такого устройства является плохая уравновешенность рабочих органов, т.е. роторов с лопастями, из-за отсутствия противовеса лопасти.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является роторная машина (Патент РФ № 2135777, F01C 1/063, 27.08.1999), содержащая корпус, цилиндр, две боковые крышки, коаксиальные валы, роторы, выполненные заодно с коаксиальными валами и установленные в крышках, а также две секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры, а также содержащая механизм преобразования движения лопастей, представляющий собой ведущий вал, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами, ведущее звено, жестко посаженное на вал, одноплечие рычаги, жестко закрепленные по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенные при помощи тяг с ведущим звеном. При этом ведущее звено содержит два шарнира, каждый из которых соединен одной тягой с одним одноплечим рычагом. Кроме того, шарниры ведущего звена расположены на одной диаметральной линии на равных расстояниях от центра вращения ведущего звена.

Недостатком такого устройства является плохая уравновешенность рабочих органов, т. е. роторов с лопастями, из-за отсутствия противовеса лопасти.

В основу изобретения положена задача создания роторной машины с секторными лопастями, несимметричной схемы, с хорошей уравновешенностью и малым моментом инерции, приводящим к снижению знакопеременных нагрузок в деталях устройства.

Предлагается роторная машина, содержащая корпус, цилиндр, две боковые крышки, коаксиальные валы, а также роторы, жестко закрепленные на коаксиальных валах, и включающие секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры, механизм преобразования движения роторов, представляющий собой ведущий вал, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами, ведущее звено, жестко посаженное на вал, два одноплечих рычага, жестко закрепленных по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенных при помощи тяг с ведущим звеном посредством шарнирных подшипников, установленных на ведущем звене в диаметрально противоположных местах и на одноплечих рычагах.

Согласно изобретению, каждый ротор выполнен из отдельных от коаксиальных валов стального основания и пустотелой алюминиевой крышки с противовесом, а секторная лопасть выполнена пустотелой алюминиевой, при этом основание, крышка с противовесом и лопасть соединены между собой винтами, основание представляет собой тонкостенный диск, выполненный заодно с односторонней втулкой и ребром жесткости, расположенным со стороны односторонней втулки вблизи внешнего диаметра диска, а крышка ротора выполнена заодно с противовесом для уравновешивания массы лопасти и установлена на основании со стороны односторонней втулки и ребра жесткости, а лопасть установлена с другой стороны основания.

Сущность технического решения поясняется рисунками:

Фиг. 1 - внешний вид роторной машины;

Фиг. 2 - продольное сечение роторной машины;

Фиг. 3 - сечение по механизму преобразования движения ротора;

Фиг. 4 - роторы в сборе с коаксиальными валами и одноименными рычагами;

Фиг. 5 - основание ротора;

Фиг. 6 - основание ротора с лопастью;

Фиг. 7 - крышка ротора.

На фигурах обозначены: 1 - корпус; 2 - цилиндр; 2а, 2б - окна цилиндра 2; 3, 4 - боковые крышки; 5, 6 - коаксиальные валы; 7,8 - роторы; 9 - кольцеобразная рабочая камера; 10 -механизм преобразования движения; 11 - ведущий вал; 12 - ведущие звено; 13, 14 - одноплечие рычаги; 15 - тяги; 16 - шарнирные подшипники; 17 - основание ротора; 18 - крышка ротора; 19 - секторная лопасть; 20 - тонкостенный диск основания ротора; 21 - односторонняя втулка основания ротора; 22 - ребро жесткости; 23 - противовес; 24, 25 - штуцеры; 26, 27 - фторопластовые уплотнители.

Роторная машина включает корпус 1, цилиндр 2, боковые крышки 3 и 4, коаксиальные валы 5 и 6, кольцеобразную рабочую камеру 9, образованную цилиндром 2 с размещенными в нем двумя роторами 7 и 8, жестко закрепленными на коаксиальных валах 5 и 6, и двумя секторными лопастями 19, жестко закрепленными по одной на каждом роторе, механизм преобразования движения роторов 10, представляющий собой ведущий вал 11, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами 5, 6, ведущее звено 12, жестко посаженное на ведущий вал 11, два одноплечих рычага 13, 14, жестко закрепленных по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенных при помощи тяг 15 с ведущим звеном 12 посредством шарнирных подшипников 16, установленных как на ведущем звене в диаметрально противоположных местах, так и на одноплечих рычагах,

Механизм преобразования движения 10 задает требуемое движение роторов для совершения впуска и выпуска рабочего тела. Ведущий вал 11 с посаженным на него ведущим звеном 12 передают движение одноплечным рычагам 13 и 14 посредством тяг 15. Подвижные соединения деталей осуществляют посредством шарнирных подшипников 16.

Каждый из двух роторов состоит из стального основания 17, пустотелой алюминиевой крышки 18 и пустотелой алюминиевой секторной лопасти 19. Основание ротора выполнено в виде тонкостенного диска 20 с односторонней втулкой 21 и ребром жесткости 22. Пустотелая крышке ротора выполнена заодно с противовесом для противовешивания массе лопасти.

Устройство работает следующим образом.

При равномерном вращении ведущего вала 11, на лопасти 19 передается неравномерное вращательное движение при помощи механизма преобразования движения 10. Лопасти 19 от начальной скорости движения ускоряются до максимальной, затем замедляются до первоначальной скорости движения. Причем, когда одна лопасть ускоряется, другая в это время замедляется. Такое движение лопастей создает в рабочей камере 9 два всасывания и два нагнетания рабочего тела за один оборот ведущего вала 11. Всасывание производится через окно 2а, а нагнетание через окно 2б цилиндра 2.

Для работы роторной машины используют смазочное масло, которое подают насосом (на чертежах не показано) в штуцер 24. Масло проходит по всему механизму и смазывает трущиеся поверхности и выходит через штуцер 25. Рабочая камера 9 отделена от смазываемого объема фторопластовыми уплотнителями 26 и 27. Уплотнители содержат пружинные кольца, прижимающие буртики уплотнителей, как к валу, так и к корпусу, предотвращая попадание масла в рабочую зону.

Предлагается роторная машина объемного вытеснения с секторными лопастями, имеющая несимметричную схему, когда на каждом роторе - одна лопасть.

Преимущества предлагаемой роторной машины с несимметричной схемой перед роторной машиной с симметричной схемой, когда на каждом роторе - две лопасти:

1. увеличивается использование объема рабочей камеры, приводящее к повышению производительности устройства;

2. достигается хорошая уравновешенность рабочих органов;

3. достигается уменьшение знакопеременных нагрузок во всех сочленениях устройства, а особенно, коаксиальный вал - ротор;

4. достигается уменьшение массы роторов.

Хорошая уравновешенность рабочих органов, в частности, уравновешивание лопастей, достигается за счет того, что пустотелая крышка ротора выполнена заодно с противовесом для уравновешивания массы лопасти,

Для уменьшения знакопеременных нагрузок во всех сочленениях устройства можно уменьшить момент инерции роторов, уменьшить массу роторов. Есть и другие способы, но они неэффективны (например, уменьшить диаметр роторов, при этом возникают другие проблемы). Изготовление роторов из легких сплавов не годится из-за низкой прочности материала, поскольку он не выдержит нагрузки.

В предлагаемом решении уменьшение знакопеременных нагрузок во всех сочленениях устройства, а особенно, коаксиальный вал - ротор, достигается за счет того, что каждый ротор выполнен из двух отдельных от коаксиальных валов деталей, стального основания и пустотелой алюминиевой крышки. При этом большую нагрузку держат стальные детали, а малую нагрузку держат детали из алюминиевых сплавов. Секторные лопасти выполнены также пустотелыми и из легких сплавов, например алюминиевых (АК-4). Таким образом, все детали роторов тонкостенные и пустотелые.

Роторы, выполненные по предложенной схеме, имеют массу в два раза меньше, чем такие же, но выполненные из стали.

Роторная машина, выполненная по предлагаемой схеме, изготовлена в качестве опытного образца и испытана.

Изобретение относится к роторным машинам объемного вытеснения. Машина содержит корпус 1, цилиндр 2, коаксиальные валы 5, 6, роторы 7, 8, включающие секторные лопасти, механизм преобразования движения 10 роторов 7, 8. Механизм 10 представляет собой ведущий вал 11, расположенный эксцентрично с валами 5, 6, ведущее звено 12, жестко посаженное на вал 11, два одноплечих рычага, жестко закрепленных по одному на валах 5, 6 и шарнирно соединенных при помощи тяг с звеном 12 посредством шарнирных подшипников, установленных на звене 12 в диаметрально противоположных местах и на одноплечих рычагах. Каждый ротор 7, 8 выполнен из стального основания и пустотелой алюминиевой крышки с противовесом. Лопасть выполнена пустотелой алюминиевой. Основание, крышка с противовесом и лопасть соединены между собой винтами. Основание представляет собой тонкостенный диск, выполненный заодно с односторонней втулкой и ребром жесткости, расположенным со стороны односторонней втулки вблизи внешнего диаметра диска. Крышка выполнена заодно с противовесом и установлена на основании со стороны односторонней втулки и ребра жесткости. Лопасть установлена с другой стороны основания. Изобретение направлено на создание роторной машины с секторными лопастями, несимметричной схемы, с хорошей уравновешенностью и малым моментом инерции. 7 ил.

Роторная машина, содержащая корпус, цилиндр, две боковые крышки, коаксиальные валы, а также роторы, жестко закрепленные на коаксиальных валах и включающие секторные лопасти, жестко закрепленные по одной на каждом роторе и размещенные в цилиндре с образованием кольцеобразной рабочей камеры, механизм преобразования движения роторов, представляющий собой ведущий вал, расположенный эксцентрично с коаксиальными валами, ведущее звено, жестко посаженное на вал, два одноплечих рычага, жестко закрепленных по одному на коаксиальных валах и шарнирно соединенных при помощи тяг с ведущим звеном посредством шарнирных подшипников, установленных на ведущем звене в диаметрально противоположных местах и на одноплечих рычагах, отличающаяся тем, что каждый ротор выполнен из отдельных от коаксиальных валов стального основания и пустотелой алюминиевой крышки с противовесом, а секторная лопасть выполнена пустотелой алюминиевой, при этом основание, крышка с противовесом и лопасть соединены между собой винтами, основание представляет собой тонкостенный диск, выполненный заодно с односторонней втулкой и ребром жесткости, расположенным со стороны односторонней втулки вблизи внешнего диаметра диска, крышка ротора выполнена заодно с противовесом для уравновешивания массы лопасти и установлена на основании со стороны односторонней втулки и ребра жесткости, а лопасть установлена с другой стороны основания.