Объемная роторная машина Советский патент 1992 года по МПК F01C1/30 F04C2/344 

Недостатком известной объемной роторной машины при использовании ее в качестве компрессора является наличие вредного пространства, из которого сжатое рабочее тело по назначению не нагнетается, а при сообщении камер высокого и низкого давления расширяется до давления рабочего тела на всасывании, теряя безвозвратно затраченную энергию на сжатие рабочего тела, расположенного во вредном пространстве.

Целью изобретения является повышение производительности, КПД и увеличение долговечности компрессора.

Поставленная цель достигается тем. что в объемной роторной машине, содержащей корпус и ротор с участками поверхности, образующими кольцевой рабочий цилиндр, с сопряжением корпуса и ротора по одной цилиндрической поверхности, поршень с участками подьема и опускания, размещенный неподвижно в выемке корпуса с расположением оси поршня перпендикулярно оси вращения ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков подъема и к опусканию в рабочем цилиндре, поршень-замыкатель, расположенный в выполненной полости ротора перпендикулярно оси вращения ротора, распределительное устройство рабочего тела, включающее канал входа рабочего тела в камеру низкого давления и канал выхода рабочего тела из камеры высокого давления, выполненные в поршне, в ней профилированные поверхности участков подъема Испускания и профилированные поверхности поршня-замыкателя выполнены с условием исключения, при их относительном скольжении во время пропуска друг друга, сообщения между собой камер высокого и низкого давления, в ней всасывающий канал выполнен с выходом одного конца канала в зоне сопряжения поршня с участком опускания, а нагнетательный канал выполнен с выходом одного конца канала в зоне сопряжения поршня с участком подъема, в ней поршень с участками подъема и опускания выполнены с минимально допустимыми размерами, при условии удовлетворения выше указанным требованиям, в ней рабочий цилиндр выполнен прямоугольного сечения, а поршень-замыкатель выполнен постоянной ширины, равной ширине рабочего цилиндра, кроме того, роторная машина снабжена балансиром.

На фиг.1 изображена гидромашина, общий вид: на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.

Объемная роторная машина содержит корпус 1, ротор 2. рабочий цилиндр 3. Для образования рабочего цилиндра 3 корпус 1 снабжен участками 4-6 поверхности, а ротор 2 - участками 7-9 поверхности. Дня упрощения изготовления рабочий цилиндр 3 выполняется с закругленными углами. Корпус 1 и ротор 2 сопряжены по цилиндриче- ской поверхности 10 и снабжены

0 уплотнениями 11. Корпус 1 снабжен расположенным в выемке корпуса 1 и прикрепленным к нему поршнем 12 с участками подъема 13 и опускания 14. Профилированные части поршня 12 и участков подъема 13

5 и опускания 14 расположены в рабочем цилиндре 3. Ось поршня 12 перпендикулярна оси ротора 2. Ротор 2 снабжен размещенным в полости 15 ротора 2 поршнем-замыкателем 16 с продольной

0 осью, перпендикулярной оси вращения ротора, и установленным с возможностью запирания рабочего цилиндра 3. Поршень-замыкатель 16 совместно с поршнем 12 образует рабочую камеру 17 низкого

5 давления и рабочую камеру 18 высокого давления. Роторная машина снабжена выполненными в поршне 12 всасывающим каналом 19 с выходом одного конца в зоне сопряжения поршня 12 с участком 14 oriy0 екания и нагнетательным каналом 20, с выходом одного конца а зоне сопряжения поршня 12 с участком 13 подъема, Поршень- замыкатель 16 снабжается каналом 21, сообщающим камеру 18 высокого давления с

5 полостью 15 замыкателя и может быть под пружинен пружиной (не показана). Ротор 2 при помощи шпонки 22 соединен с валом 23, установленным на подшипниках 24 в корпусе 1. Для облегчения роторной маши0 ны в корпусе 1 выполнены окна 25, в роторе 2 - окна 26. С целью статической и динамической балансировки ротор снабжен балансиром 27. Для крепления роторной машины в крышке 28 корпуса 1 выполнены отверстия

5 29. Роторная машина содержит нагнетательный клапан 30, включающий канал 20, шарик 31, пружину 32, шайбы 33 и 34, выходной канал 35,

Роторная машина работает следующим

0 образом.

С помощью двигателя приводится во вращение вал 23 машины, а вместе с валом жестко связанный с ним ротор 2 и размещенный в полости 15 ротора 2 поршень-за5 мыкатель 16. Под действием или только центробежных сил, если поршень-замыкатель 16 выполнен без канала 21, или под одновременным действием центробежных сил и сил давления рабочего тела, если поршень-замыкатель 16 выполнен с каналом

21, поршень-замыкатель 16 перемещается в полости 15 и запирает рабочий цилиндр 3. Перемещаясь в рабочем цилиндре 3, поршень-замыкатель 16 сжимает рабочее тело в камере 18 высокого давления. Подостиже- нии расчетного давления срабатывает нагнетательный клапан 30 и сжатое рабочее тело поступает по назначению. Одновременно со сжатием рабочего тела в камере 18 высокого давления в камеру 17 низкого дав- ления за счет образования вакуума в ней и при необходимости ча счет напора поступает рабочее тело, предназначенное для сжатия в рабочей камере высокого давления при следующем обороте ротора. При подхо- де поршня-замыкателя 16 к участку 13 подъема, поршень-замыкатель 16 начинает скользить по участку 13 подъема, продолжая герметично разъединять камеры высокого и низкого давления, что позволяет практически полностью передать сжатое рабочее тело по назначению. Как только поршень-замыкатель 16, скользя последовательно по участку 13 подъема, поршню 12 и участку 14 опускания, пройдет всасываю- щий канал 19, образуются снова две герметично разделенные камеры (высокого и низкого давление) и цикпы повторяются. При такой конструкции роторной машины практически исключается вредное про- странство, что приведет к повышению производительности и КПД машины.

При использовании предлагаемой роторной машины для работы в качестве компрессора достаточно одного поршня- замыкателя 16, что упрощает конструкцию машины. Но кроме преимущества машины с одним поршнем-замыкателем появляется и существенный недостаток - действие неуравновешенных инерционных нагрузок с переменной точкой приложения их. Такие нагрузки ведут к появлению местных зазоров между ротором и корпусом и, как следствие, к понижению объемного КПД компрессора, к неустойчивой работе его. За счет быстрого износа деталей при таких нагрузках уменьшается долговечность работы машины. Для исключения этих недостатков и применен в конструкции машины балансир 27.

Предлагаемая конструкция объемной роторной машины позволяет за счет увеличения ширины рабочего цилиндра и уменьшения высоты его уменьшить, сохраняя заданный расход, ход поршня-замыкателя, а этим повысить надежность работы компрессора

Формула изобретения Объемная роторная машина, содержащая сопряженные по одной цилиндрической поверхности корпус и ротор с участками кольцевой поверхности, образующими кольцевой рабочий цилиндр, размещенный в цилиндре и закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршня, на валу, установленном в подшипниках, закреплен ротор, в радиальном пазу которого с образованием в рабочем цилиндре полостей высокого и низкого давления размещен разделительный элемент, а в зоне расположения кулачков выполнены выходящие в цилиндр каналы подвода и отвода рабочей среды, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и КПД машины, она снабжена балансиром, закрепленным на роторе, а рабочий цилиндр, поршень и разделительный элемент в продольном сечении машины выполнены прямоугольными, при этом внутренние кромки каналов подвода и отвода рабочей среды расположены в зоне сопряжения поршня с кулачками.

6t

16&-6Ш

ь

ъ

CV

N5

-ь.

ю

-С

соS

20

Фиг. 4

В-В