Универсальная объемная роторная машина Тарана Советский патент 1988 года по МПК F01C1/08 

(О

4 i(

05 СО

4; сд

фиг. /

пусе расположены синхронно вращающиеся четыре ротора (Р) 4 с ограничен ньми дугами окружности профилем. Профиль каждого Р 4 образован четырьмя дугами окружностей с центрами в вершинах равнобедренной трапеции (Т). Боковая сторона Т равна ее средней линии. Две дуги с центрами в противоположных вершинах Т расположены в пределах углов при этих вершинах. Остальные две дуги с центрами в других противоположных вершинах Т расположены в пределах углов, вертикальных углам при этих вершинах. Дуги с центрами в вершинах при одной стороне Т сопряжены. Центр описанной вокруг Т окружности находится на оси вращения„F 4. Расстояние между осями вращения смежных Р 4 равно сумме длины наибольшего основания Т и удвоенной длины радиуса дуги, расположенной в пределах угла, вертикального острому углу при этом основании. Р 4 расположены таким образом, что идентичные стороны Т параллельны. Одинаковые

дуги, ограничивающие профили смежных Р 4, имеют центрами разные вершины Т при соответствующих основаниях. При заданном полном объеме внутренней рабочей камеры степени сжатия и максимальной степени сжатия расстояние между крьшками 2 и 3, длина наименьшего основания Т и радиусы дуг профиля Р 4 связаны расчетным соотношением. Каждый Р 4 содержит два радиальных уплотнения, профиль к-рых совпадает с частью профиля Р 4. Рабочее сечение окон 13 имеет форму криволинейного треугольника, две стороны к-рого образованы дугами, совпадающими с ограничивающей профиль Р 4 дугой, расположенной в пределах тупого угла при вершине Т. Третья сторона образована дугой окружности с центром на оси вращения Р 4 и касательной первым двум. Расстояние между осями вращения смежных Р 4 к длине наименьшего основания Т связано определенным соотношением. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение позволяет упростить конструкцию объемной роторной машины. На корпусе 1 установлены торцовые крышки с окнами 13, связанные с входными и выходными магистралями. В кор

1

Изобретение относится к энергомашиностроению и без конструктивных изменений, может применяться как в качестве насоса, так и в качестве двигателя.

Цель изобретения - упрощение конструкции машины.

На фиг. 1 изображена объемная роторная машина в момент наибольшего сжатия во внешней рабочей камере; на фиг. 2 - то же, сечение; на фиг. 3 - схема взаимного расположения профилей роторов и построение профиля ротора; на фиг. 4 - окно в торцовой крьш1ке с заглушкой; на фиг. 5 - схема определения местонахождения окон на торцовых крьш1ках; на фиг. 6 - схема определения профиля окон.

Машина содержит корпус 1, в котором между двумя общими торцовыми крьш1ками 2 и 3 расположены четыре одинаковых ротора 4, образующих внутреннюю 5 и внешнюю 6 рабочие камеры , Роторы 4 жестко установлены на валах 7, на которых закреплены шестерни 8,

связанные с общей шестерней 9, закрепленной на валу 10. Каждьй ротор 4 может содержать два расположенных в его теле радиальных уплотнения 11

и 12, Роторы 4 - одинаковые прямые некруговые цилиндры. .Профиль ротора 4 ограничен четырьмя дугами окружностей GH, НЕ, EF и FG с центрами соответственно в вершинах А, В, С, D

равнобедренной трапеции ABCD, у которой боковая сторона равна средней линии (фиг. 3)

15

|АБ1 1CDI

|ВС1 + IADI

Дуги FG и НЕ расположены в пределах углов ADC и ABC при противоположных вершинах D и Во Трапеции. Ду20 ги GH и EF расположены в пределах углов САН и ECF, вертикальных соответственно углам BAD и BCD при других противоположных вершинах А и С трапеции. При этом дуги GH и НЕ, НЕ

25 и EF, EF и FG, FG и GH с центрами в

вершинах при одной стэроне трапеции сопряжены.

При заданных полном объеме V,, внутренней рабочей камеры 5, расстоя- НИИ h между торцовыми крышками 2 и 3 и степени сжатия « Д-ля значений t таких, что

Vi- о.Уг-«- Т/()+4и()(ы,.) -2U(c,-l)

/

2h(U- н + V, f + со,)

де

20

а - длина наименьшего основания трапеции;

D - отношение длины наибольшего основания трапеции к величине а;

(W - отношение длины радиуса дуги, ограничивающей профиль ротора и расположенной в пределах угла, вертикального острому углу при большем основании тра- пеции, к величине q; макс наибольшая достижимая степень сжатия при данном значении С :

.и

Ц arccos

Н

-0+1

величина острого угла пр основании трапеции.

Параметры U, V,, V, cu, u)i вы- ражены через параметры ( и Си используются исключительно для упрощения записи соотношений (2) - (4). Каждьй ротор 4 может содержать два радиальных уплотнения 11 к 12, расположенных в его теле. Профиль каждого уплотнения совпадает с частью профиля ротора 4, целиком включающей одну из двух дуг окружностей

Г

млкс I

(I)

йараметры f связаны соотношениями

Vo,h,

-муке

U,

и

.(2)

(3)

0

0

5

0

5

0

с центрами в противоположных вершинах трапеции и расположенных в пределах углов, вертикальных углам при этих вершинах.

Дпя каждого ротора 4 в торцовой крьш1ке 2 могут быть расположены заглушаемые окна 13, соединяемые с входными или выходными магистралями (не показаны). Рабочее сечение каждого окна 13 есть криволинейный треугольник, стороны которого являются дугами окружностей, пересекающиеся две из которых совпадают с ограничив вающей профиль ротора 4 дугой, расположенной в пределах тупого угла при вершине трапеции соответственно в начале и конце такта, а третья с центром на оси ротора 4 касается первых двух. В случае когда одна из первых двух сторон треугольника пересекает отрезок 00 , соединяющий точки О и О на осях вращения данного и смежного роторов 4, рабочее сечение окна 13 ограничено частью плоскости треугольника, расположенной внутри либо вне квадрата с вершинами на осях вращения роторов 4 и вне круга с радиусом, равным радиусу описанной вокруг трапеции окружности (фиг. 6). Центр этого круга расположен на отрезке 00 на расстоянии от точки О , равном радиусу дуги, ограничивающей профиль ротора 4 и расположенной в пределах угла, вертикального тупому углу при вершине трапеции,

Для обеспечения открытия окна 13 во внутренней рабочей камере 5 на время всего такта параметр С связывается с отношением d С + 2|л расстояния между осями вращения смежных роторов 4 к длине d наименьшего основания трапеции неравенством

d+l-Vrd-1)-8 5 2(d+2)

4Уг -1

d+l+V(d-l)-8

2(d+2)

(5)

Для увеличения КПД путем увеличения рабочего сечения окон 13 напротив каждого окна 13 в противоположной торцовой крышке 3 может быть расположено такое же окно 13, соединяемое с той же магистралью.

Для увеличения КПД путем снижения утечек рабочих тел окна 13 в торцовых крышках 2 и 3 расположены таким образом, что смежные роторы 4 попеременно производят открытие окон 13 с интервалом в один такт, при/этом в течение такта производится открытие по одному окну 13 из внутренней каме- ры 5 и внешней рабочей камеры 6.

При задании параметров V,, h, to( и удовлетворяющего соотношению (1) значения С с последующим вычислением с помощью соотношений (3) - (4) параметров. |U и а профиль ротора полностью определяется. При этом длины оснований ВС и AD трапеции соответственно равны

|ВС| а;(6)

(ADI i:a,(7)

длина боковых сторон трапеции равна

(АВ( ICDI

f +1

(8)

длина радиуса AG дуги GH равна |AG| }ха. Длины радиусов остальных дуг определяются из требования сопряжения дуг с центрами в вершинах при одной стороне трапеции .

IDFI IDGI IADI + IAGI (1;+р)а;

+ |Ка (9)

ICEI ICFI |DF| -(GDI ()a t + l

-г-

+(u)a;

(10)

|BE|

IGEI +IBGI

+

+ a

( 2

+ f. )a;

+f4)a + (11)

lAB a

il+l

р )а |U а н I AG I

(12)

0

15

20

25

Попутно полученное из пастрое1 ия тождество I АН I IAGI обеспечивает сопряженность смежных дуг GH и НЕ (остальные смежные дуги сопряжены по построению) , т.е. обеспечивает замкну- тость и выпуклость границы профиля ротора 4. Ось вращения ротора 4 проходит через центр О описанной вокруг трапеции ABCD окружности. При этом дуги ЕЕ и GH соответственно ограничивают (в случае наличия) профили радиальных уплотнений 11 и 12 (фиг. 1). Расстоя- ние между осями вращения смежных роторов 4 равно сумме длины С-а наибольшего основания AD трапеции и удвоенной длины |t(a радиуса AG дуги GH, расположенной в пределах угла GAH, вертикального острому углу BAD Lf при этом основании

1004 1 10 01 (г+2р)а.

Роторы 4 устанавливаются таким образом, что соответствующие стороны трапеций, вершины которых являются центрами ограничивающих профили роторов 4 дуг окружностей, параллельны.

30 При этом одинаковые дуги, ограничивающие профили смежных роторов 4, имеют центрами разные вершины трапеций при соответствующих основаниях (например, для ротора 4 с осью вращения, прохо„g дящей через точку О, дуга EF имеет центром вершину С при основании ВС трапеции ABCD, а для ротора 4 с осью вращения, проходящей через точку , соответствующая дуга имеет центром вершину В трапеции при одинаковом обозначении соответствующих вершин трапеций. При совмещении параллельных прямых, на которых расположены одинаковые основания трапеций, внут g ренняя рабочая камера 5 занимает наибольший объем (фиг. 1, трапеции не показаны) или наименьший объем (фиг. 3); при этом изменение объема . рабочей камеры 5 от наибольЩего значения до наименьшего осуществляется поворотом всех роторов 4 на угол 90° вокруг осей вращения. Этот поворот системы роторов 4 соответствует одному такту осуществляемого в машине рабочего процесса. Каждому набору

40

50

55

значений параметров Уд, h, Е-о, соответствует семейство машин, причем каждая машина из этого семейства полностью определяется (описывается) заданием удовлетворяющеро значения (1) параметра. При заданных параметрах Уд, h, « и С параметры р и « определяются соотношениями (3) и (4), длины сторон трапеции определяются соотношениями (6) - (8), длины радиусов

дуг окружностей, ограничивающих профиль ротора 4, определяются соотношениями (9) - (12).

В каждой торцовой крьшгке 2 MO-I жет быть расположено до четырех заглушаемых окон 13 (по одному на каждый ротор 4), открывающихся соответствующими роторами 4 во внутренней рабочей камере 5 и до двенадцати заглушаемых окон 13 (по три на каждый ротор 4), открывающихся соответствующими роторами 4 во внешней рабочей камере 6. Каждое окно 13 может быть соединено присоединительным штуцером расположенным на крьшше 2 корпуса 1, с входной или выходной магистралью либо заглушено. Заглушение окна 13 в торцовой крьшке 2 (фиг. 4) производится вкладьш1еМд профиль которого совпадает с профилем окна. Вкладьш вставляется в окно 13 через присое- динительньй штуцер (не изображен) в

торцовой крьшпсе 2 и фиксируется навинчивающейся на присоединительный

, штуцер заглушкой. Используются окна двух типов. На фиг. 5 и 6 показаны положения профиля ротора 4 в начале ив конце такта, отличающиеся поворотом вокруг центра вращения О на 90. При этом дуга ЕН, ограничивающая профиль ротора 4, расположена в пределах тупого угла ЕСН при вершине трапеции С. Профиль окна 13 первого- типа является криволинейным трезгголь ником MLM , две пересекающиеся в точке L стороны ML и M L которого совпадают с ограничивающими профиль ротора 4 дугами ЕН и Е Н . Третья сторона мм треугольника MLM есть дуга окружности с центром О на оси вращения ротора 4, касающаяся в точках М и М дуг ЕН и Е Н . В случае, когда одна из сторон криволинейного треугольника (фиг. 6, дуга ML) пересекает отрезок 00, соединяющий точки О и О на осях вращения данного и смежного роторов 4, рабочее сечение окна 13 ограничено большей частью плоскости треугольника, целиком расположенной внутри либо вне квадрата вершинами на осях вращения смежных роторов 4 (фиг. 3) и вне

плоскости круга с центром на отрезке

00, расположенном на расстоянии J 1

(- +р )а от точки О , равном радиусу дуги, ограничивающей профиль ротора 4 и расположенной в пределах угла, вертикального тупому углу при. вершине трапеции.

Q Радиус г круга равен радиусу окружности, описанной вокруг трапеции. Треугольник MLM делится дугой PI окружности радиуса г на две фигуры. При этом окружность радиуса г касает5 ся дуги мм в точке Р и пересекает одну из дуг ML или М L в точке I. Если точка I расположена на дуге M L, не пересекающей отрезок 00 , то рабочим сечением окна 13 второго типа яв0 ляется криволинейный треугольник PIM В этом случае открытие окна 13 происходит в течение части (хотя и большей) времени такта. Если точка I расположена на дуге ML, пересекающей

5 отрезок 00, что обеспечивается вы- полнением неравенства (5), то рабочим сечением окна 13 второго типа является криволинейный четырехугольник PILM . В этом случае открытие окна

0 13 происходит в течение всего такта. Наличие окон 13 второго типа обусловлено недопустимостью одновременного открытия одного и того же окна 13 в обеих камерах 5 и 6. Открытие окон 13 второго типа происходит во внутренней рабочей камере 5, если они расположены внутри квадрата с вершинами на осях вращения роторов 4. Открытие окон первого типа проис0 ходит во внешней рабочей камере 6. Использованная форма окон 13 обеспечивает максимальное сечение их открытия на любой фазе такта. Для увеличения этого сечения напротив каждого

5 окна. 13 в противоположной торцовой крышке 3 (фиг. 1 и 2) может быть расположено такое же окно 13, соединенное с той же магистралью. Наличие большого числа окон 13 в машине усQ ложняет их коммутацию с магистралями, кроме того, возможность осуществле- ния во внутренней 5 и внешней 6 рабочих камерах различных рабочих процессов вносит требование исключения

5 перетекания рабочих тел между окнами 13, открьшающимися в разных камерах 5 .и 6.

Универсальная объемная роторная машина работает следуюш;им образом.

5

10

При вращении роторов происходит изменение объемов рабочих камер 5 и 6 от наибольшего значения до наименьшего. Это изменение происходит при повороте роторов А на 90, что соответствует одному такту осуществляемого рабочего процесса. В положениях с наибольшим или наименьшим объемом рабочих камер 5 и 6 все окна 13 заг крыты. При этом увеличению объема внутренней рабочей камеры 5 соответст вует уменьшение объема внешней рабочей камеры 6 и наоборот (суммарньй объем рабочих камер 5 и 6 постоянен). При изменении объемов рабочих камер 5 и 6 происходит открытие окон 13 во внутренней 5 и внешней 6 рабочих камерах. Открытие окон 13 при вращении роторов 4 по (против) часовой стрелке происходит при уменьшении(увеличении ) объемов соответствующих рабочих камер 5 и 6. Все машин.ы данного семейства имеют одинаковые значения параметров Vg, « , h и различаются только формой профиля роторов 4, которая задается величиной . При этом графики изменения степени сжатия во внутренней рабочей камере 5 от угла поворота системы роторов 4 для машин данного семейства практически совпадают, из чего вытекает прямая зависимость основных показателей ра-. бочего процесса в машине от формы ро- торОв 4 (т.е. от величины С ).

Формула изобретения

20

ружностей профилем, о щаяся тем,: что, с ния конструкции, профил тора образован четырьмя ностей с центрами в вер бедренной трапеции, бок которой равна ее средне чем две дуги с центрами ложных вершинах трапеци в пределах углов при эт остальные две дуги с це гих противоположных вер расположены в пределах кальных углам при этих ги с центрами в вершина стороне трапеции сопряж центр описанной вокруг ружности расположен на ротора, а расстояние ме щения смежных роторов р длины наибольшего основ и удвоенной длины радиу ,положенной в пределах у 25 кального острому углу п вании, роторы расположе разом, что идентичные ций параллельны, при э дуги, ограничивающие п 30 роторов, имеют центрам ны трапеций при сортве ваниях .

макс

w,

LOf

45

-i

Vi+V ((&a Va)+ 4U(p-l)-(u.- o 2u(,l)

и

50

„Vc. ,

l2h(U-n +ViH -1д5,)

где 2 -- отношение длины наибольшего основания трапеции к величине а;

р - отношение длины радиуса дуги, ограничивающей профиль рото- ра и расположенной в преде-;- лах угла, вертикального острому углу при большем OCHO-J вании трапеции, к величине а ;

2 -i . 2

Vi

w,

+ 1 +

и - V

5

0

ружностей профилем, отличающаяся тем,: что, с целью упрощения конструкции, профиль каждого ротора образован четырьмя дугами окружностей с центрами в вершинах равнобедренной трапеции, боковая сторона которой равна ее средней линии, причем две дуги с центрами в противоположных вершинах трапеции расположены в пределах углов при этих вершинах,, остальные две дуги с центрами в других противоположных вершинах трапеции расположены в пределах углов, вертикальных углам при этих вершинах, дуги с центрами в вершинах при одной стороне трапеции сопряжены, при этом центр описанной вокруг трапеции окружности расположен на оси вращения ротора, а расстояние между осями вращения смежных роторов равно сумме длины наибольшего основания трапеции и удвоенной длины радиуса дуги, рас- ,положенной в пределах угла, верти- 25 кального острому углу при этом основании, роторы расположены таким образом, что идентичные стороны трапеций параллельны, при этом одинаковые дуги, ограничивающие профили смежных 30 роторов, имеют центрами разные вершины трапеций при сортветствующих основаниях .

макс

w,

LOf

l)-(u.-

2 -i . 2

+ 1 +

V l+D

if

Vi

и - V

w,

,

Фиа.З

ФигЛ

Фиг.6