Объемная роторная машина Советский патент 1992 года по МПК F04C2/344 F01C1/00 

VI

GJ

Ю Ю

to

Изобретение относится к гидромашиностроению, компрессоростроению, двига- телестроению и может быть использовано в станкостроении, судостроении, в дорожных, горных, строительных, сельскохозяйственных машинах.

Известны аксиальные роторно-поршне- вые машины, содержащие вал, совершающий вращательное движение, и несколько поршней, совершающих возвратно-поступательное движение с помощью наклонной шайбы и других промежуточных звеньев; шатунов, карданов, совершающих сложное движение.

Работа машин с такой сложной кинематической связью приводит к возникновению инерционных магрузок, к пульсационной подаче рабочего тела, к зависимому от положения вала крутящему моменту, Кроме того, они имеют сложное распределение рабочего тела.

Известна объемная роторная машина, содержащая корпус рабочего цилиндра и ротор с участками торообразной поверхности, образующими горообразный рабочий цилиндр, с сопряжением корпуса рабочего цилиндра и ротора по одной цилиндриче ской поверхности, поршень с участками подъема и опускания, размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршня перпендикулярно оси вращения ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков подъема-опускания в рабочем цилиндре, с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкателем, рабочих камер высокого и низкого давлений, поршни-замыкатели цилиндрической формы, расположенные в полостях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, каждый со сферическим концом, запирающим рабочий цилиндр, распределительное устройство рабочего тела, включающее выполненные в поршне канал входа рабочего тела в камеру рабочего цилиндра и канал выхода рабочего тела из камеры рабочего цилиндра.

Недостатком указанной роторной машины является консольное расположение ротора и негерметичность конструкции. При консольном расположении ротора нагрузка на подшипник, расположенный ближе к ротору, складывается из суммы радиального усилия в роторе и реакции втор ого подшипника. Это приводит к увеличению габаритов гидромашины. При консольном расположении ротора, для избежания недопустимых прогибов вала (раскрытия стыка между корпусом рабочего цилиндра и ротором), необходимо увеличивать диаметр вала, что

приведет к увеличению других размеров вала и в целом гидромашины. Негерметичность конструкции роторной машины не позволит ее использовать для оперирования с ядовитыми рабочими телами или с другими вредными рабочими телами, разлив или даже испарение которых недопустимо.

Цель изобретения - уменьшение габа0 ритов и расширение области применения объемной роторной машины.

Поставленная цель достигается тем. что известная объемная роторная машина, содержащая корпус рабочего цилиндра и ро5 тор с участками торообразной поверхности, образующими торообразный рабочий цилиндр, с содержанием корпуса рабочего цилиндра и ротора по одной цилиндрической поверхности, поршень с участками подъема

0 и опускания, размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршня перпендикулярно оси вращеь ия ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков подъема-опуска5 ния в рабочем цилиндре, с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкателем, рабочих камер высокого и низкого давления, поршни-замыкатели цилиндрической формы, расположенные в по0 лостях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, каждый со сферическим концом, запирающим рабочий цилиндр, распределительное устройство рабочего тела, включающее выполненные в поршне ка5 нал входа рабочего тела в камеру рабочего цилиндра и канал выхода рабочего тела из камеры рабочего цилиндра, снабжена двумя корпусами подшипников, выполняющих функции опор и боковых крышек роторной

0 машины, прикрепленных с разных сторон к корпусу рабочего цилиндра, с расположением ротора между подшипниками, и двумя торцовыми уплотнениями, включающими каждое подпружиненное уплотнительное

5 кольцо из мягкого антифрикционного материала со статическим уплотнением и контактирующее с ним по торцу металлическое опорное кольцо высокой твердости, кроме того, в предлагаемой машине с двух сторон

0 уплотнения выполнены бесконтактными и . она дополнительно снабжена расположенными по окружности в полостях между ротором и боковыми крышками желобами с разной шириной в верхней и нижней поло5 винах и каналами, выполненными в крышках, продолжением которых являются трубопроводы, сообщающиеся с герметичной емкостью, и уплотнениями, поджимаемыми с помощью пружин или крышек кольцами.

На фиг.1 изображена предлагаемая роторная машина, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - сечение А-А на фиг.1 (другое конструктивное исполнение); на фиг.4 - сечение Б-6 на фиг.1.

Объемная роторная машина содержит корпус 1 рабочего цилиндра, ротор 2, торо- образный рабочий цилиндр 3. Для образования торообразного рабочего цилиндра 3 корпус 1 и ротор 2 снабжены участками то- рообразной поверхности 4 и 5 соответственно и сопряжены между собой по цилиндрической поверхности 6. Корпус 1 рабочего цилиндра 3 снабжен расположенным в выемке корпуса 1 и прикрепленным к нему поршнем 7 с участками подъема 8 и опускания 9. Профилированные части поршня 7 участков подъема 8 и опускания 9 расположены в рабочем цилиндре 3. Ротор 2 снабжен поршнями-замыкателями 11 и 12, расположенными в полостях 10 ротора 2 с возможностью запирания рабочего цилиндра 3. Продольные оси поршней-замыкателей 11 и 12 перпендикулярны оси вращения ротора. При необходимости (малых числах оборотов ротора) каждый поршень-замыкатель подпружинивается пружиной 13. Поршни-замыкатели 11 и 12 совместно с поршнем 7 образуют рабочие камеры 14 и 15, а при нахождении поршней-замыкателей 11 и 12 в положении 11 и 12 - рабочие камеры 14 и 15, а также камеры 16. Роторная машина снабжена выполненными в поршне 7 каналом 17 входа рабочего тела низкого давления в рабочую камеру 15 низкого давления и каналом 18 выхода рабочего тела высокого давления из рабочей камеры 14 высокого давления. Роторная машина снабжена каналами 19, выполненными в роторе 2 по одному возле каждого замыкателя, служащими для сообщения полостей 10с камерой рабочего цилиндра. Роторная машина снабжена двумя крышками 20, прикрепленными к корпусу 1 и являющимися одновременно опорами и корпусами подшипников. Ротор 2 при помощи шпонки 21 соединен с валом 22, установленным на подшипниках 23 в крышках 20. Роторная машина снабжена двумя торцовыми уплотнениями, включающими каждое подпружиненное пружинами 24 уплотнительное кольцо 25 с уплотнением 26 и опорное кольцо 27 высокой твердости. Герметичность машины может быть обеспечена бесконтактными уплотнениями 6 с помощью желобов 28, прикрепленных к крышкам 20, каналов 29, выполненных в крышках 20, герметичной емкости (на чертежах не показана), сообщенной трубопроводами (на чертежах не показаны)с каналами 29. Герметичность машины может быть увеличена уплотнениями 30, поджимаемыми с помощью пружин (на чертежах не показаны) или крышек 20. кольцами 31. Таким образом, на фиг.З изобрэже- 5 ны два варианта исполнения объемной роторной машины: только с бесконтактными уплотнениями б (правая сторона гидромашины) и с бесконтактными уплотнениями б в совокупности с уплотнениями 30 (левая

0 сторона гидромашины). Между крышками 20 и ротором 2 расположены полости 32.

Рассмотрим работу объемной роторной машины в качестве гидронасоса.

Гидронасос работает следующим обра5 зом. Рабочая жидкость низкого давления через канал 17, за счет вакуума и гидростатического напора, непрерывно поступает в рабочую камеру 15 низкого давления, одновременно рабочая жидкость высокого дав0 ления непрерывно вытесняется поочередно поршнями-замыкателями 11 и 12 из рабочей камеры 14 высокого давления. При запуске насоса поршни-замыкатели 11 и 12 поджимаются к торообразной поверхности 4 кор5 пуса 1 или только с помощью инерционных сил (при достаточных числах оборотов ротора), или с помощью инерционных сил и усилий пружин (при малых оборотах ротора). При работе насоса, когда по меньшей мере

0 один поршень-замыкатель перекрывает рабочий цилиндр и ротор снабжен отверстиями 19, на поршень-замыкатель, образующий камеру высокого давления, дополнительно будет действовать продольная

5 сила давления жидкости, увеличивающая результирующую силу прижатия поршня- замыкателя к торообразной поверхности корпуса.

Продольная сила давления жидкости

0 равна:

где р - давление рабочей жидкости высокого давления;

5 О - диаметр рабочего цилиндра (диаметр поршней-замыкателей).

При подходе поршня-замыкателя 11 к поршню на поршень-замыкатель 11 последовательно воздействует участок подъема 8,

0 поршень 7, участок опускания 9. При скольжении по участку подъема 8 поршень-замыкатель 11 приподнимается, при скольжении по поршню 7 находится в приподнятом положении, при скольжении по участку опу-

5 екания 9 опускается, запирая рабочий цилиндр 3 с другой стороны поршня 7. Аналогичным образом и поршень-замыкатель 12 проходит поршень 7. При подъеме поршней-замыкателей 11 и 12 в рабочем цилиндре 3 освобождается определенный объем, который в процессе подъема замыкателей заполняется таким же объемом жидкости, вытесняемой из полостей 10, при опускании поршни-замыкатели вытесняют жидкость определенного объема из рабочего цилиндра 3, перемещающуюся в процессе опускания замыкателей в освобождающееся пространство такого же объема полостей 10. Такая конструкция насоса позволяет получить беспульсационную подачу рабочей жидкости, так как перемещающиеся поршни-замыкатели не будут вносить возмущения на перемещение рабочей жидкости из рабочего цилиндра к потребителю.

В предложенной объемной роторной машине ротор расположен между подшипниками, поэтому и нагрузка ротора распределяется на два подшипника, что позволяет, по сравнению с консольным расположением ротора, уменьшить нагрузку на подшипник примерно в А раза. Такая конструкция машины обеспечивает выполнение условий жесткости и прочности меньшими размерами вала, а соответственно меньшие габариты будет иметь и роторная машина.

Применение для уплотнения сопряжения корпуса 1 рабочего цилиндра с ротором 2 торцовых уплотнений (см. фиг.2), бесконтактных уплотнений 6 или бесконтактных уплотнений 6 с уплотнениями 30 вместе с желобами 28, каналами 29 (см. фиг.З), трубопроводами и герметичной емкостью позволяет получить герметичные конструкции машин. Бесконтактные уплотнения проще торцовых, но они не обеспечивают самостоятельно полной герметичности. В совокупности с уплотнениями 30 герметичность увеличивается и может быть при малых заФормула изобретения 1; Объемная роторная машина, содержащая сопряженные по одной цилиндрической поверхности корпус и ротор с участками торообразной поверхности, образующими тороабразный рабочий цилиндр, размещенный в цилиндре и закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршня, выходящие в цилиндр в зоне расположения кулачков каналы подвода и отвода рабочей среды, при этом ротор закреплен на валу, установлен- ном в подшипниках, в радиальных расточках ротора размещены замыкатели в виде цилиндрических золотников с образованием в горообразном рабочем цилиндре полостей высокого и низкого давлений и уплотнения сопряжений корпуса и ротора, отличающаяся тем, что, с целью

зорах бесконтактных уплотнений полной. При неполной герметичности уплотнения рабочая жидкость просачивается в полости 32, откуда она попадает в желоба 28, перемещаясь по желобам 28, поступает в каналы 29, далее по трубопроводам - в герметичную емкость. Желоб в верхней полуцилиндрической части выполнен с шириной, как можно больше перекрывающей выступающую часть ротора, что позволяет стекающей жидкости попадать на желоб, а в нижней полуцилиндрической части - меньшей ширины, исключающей попадание стекающей жидкости на ротор.

Предлагаемая роторная машина С торцовыми уплотнениями, а также с бесконтактными уплотнениями в совокупности с уплотнениями 30 найдет применение в гидромашинах, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах. Предлагаемая роторная машина с бесконтактными уплотнениями в совокупности с желобами 28. каналами 29, трубопроводами и герметичной емкостью

найдет применение в гидромашинах. Гидромашина с бесконтактными уплотнениями проще в обслуживании, рабочее тело во многих случаях будет смазывать подшипники. В предлагаемых гидромашинах перекачиваемое рабочее тело будет охлаждать нагреваемые детали гидромашины.

Предлагаемые герметичные варианты объемных роторных машин позволят перекачивать ядовитые и другие вредные рабочие тела, что увеличит область их применения.

(56) Авторское свидетельство СССР № 1566058, кл. F01 С 1/30, 1986.

уменьшения габаритов и снижения утечек рабочей среды путем повышения герметичности, машина снабжена двумя опорными

элементами, закрепленными на корпусе, с отверстиями и торцовыми крышками для размещения подшипников, жестко связанными между собой и расположенными по обе стороны элементов.

2. Машина поп. 1,отличающаяся тем, что уплотнения сопряжений корпуса и

ротора выполнены торцовыми, каждое из них включает два взаимодействующих между собой кольца, одно из которых выполне- но из материала высокой твердости и размещено в кольцевом гнезде ротора, а другое - из мягкого антифрикционного материала, снабжено со стороны корпуса радиальным уплотнением и поджато со стороны опорных элементов пружинами.

3. Машина по п. 1,отличающаяся тем, что ротор выполнен с кольцевыми выступами, машина снабжена двумя тарельчатыми желобами, имеющими участки различной ширины, каждый желоб закреп- лен на внутренней поверхности опорных элементов с образованием с выступами ротора кольцевых полостей, имеющих в верхней части большую ширину, в нижней части опорных элементов выполнены выпускные

отверстия, сообщенные с кольцевыми полостями и с герметичной емкостью, а уплотне- ния сопряжений корпуса и ротора выполнены бесконтактными.

4. Машина по пп. 1 и 3, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что она снабжена дополнительны-. ми уплотнениями, например фторопластовыми кольцами, поджатыми опорными элементами посредством металлических колец или пружин.

Сущность изобретения: участки торооб- разной поверхности сопряженных по одной цилиндрической поверхности корпуса и ротора образуют торообразный рабочий цилиндр. В цилиндре размещен закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршня. В цилиндре в зоне расположения кулачков выходят каналы подвода и отвода рабочей среды. Ротор закреплен на валу, установленном в подшипниках, В радиальных расточках ротора размещены замыкатели и виде пустотелых цилиндрических золотников с образованием в цилиндре полостей высокого и низкого давления и уплотнения корпуса и ротора. Два опорных элемента закреплены в корпусе. Торцовые крышки для размещения подшипников жестко связаны между собой и расположены по обе стороны опорных элементов с центральными отверстиями. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

#

11

77

П

CN О) O

P

«VJCsjCV fVj

CNl

«vi

«C

7

Фиг. 3.

27