Роторная машина Советский патент 1992 года по МПК F01C3/00 F04C3/00 

1

(21)4815525/29

(22) 17.04.90

(46)07.10.92, Бюл. №37

(75) Г.И.Измалков

(56) Патент СССР № 18058,

кл, F01 С 1/344, 1929.

(54) РОТОРНАЯ МАШИНА (57) Использование: в роторных машинах с лопастными рабочими органами. Сущность изобретения: в корпусе 1 расположена внутренняя полость 2, состоящая из внутреннего шарового пояса 3, шаровой втулки 4 и конических поверхностей 5 и 6. В полости 2 расположена шаровая втулка 8, жестко соединенная с дисковым разделителем 10. Втулка 8 имеет возможность вращения вокруг оси дискового разделителя 10. В прорези разделителя 10 установлена радиальная лопасть 11, неподвижно закрепленная на втулке 4. Дисковый разделитель 10 и лопасть 11 делят внутреннюю полость 2 на четыре рабочих камеры.Положительный эффект: упрощение конструкции.

22

/

6

сл

С

х| о XI ю о о

(ри 1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным машинам с лопастными рабочими органами, и применяется в различных областях народного хозяйства.

Известны различные роторные машины, например лопастной насос (Кожевников С.Н. и др. Элементы механизмов. М.: Обо- ронгиз, 1956, с.803, фиг.2590), в котором в радиальных пазах ротора находятся пластины-лопасти, контактирующие с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.

Недостатком этого насоса является его малая1 надежность из-за наличия возвратно- поступательного движения в движении его лопастей,

Известна роторная машина (авт. св. № 1523726, кл. F 04 С 3/00), которая содержит корпус с профилированной внутренней поверхностью, в котором размещен пустотелый ротор с винтовой лопастью и выполненный внутри ротора дисковый разделитель с пазами, установленный с возможностью взаимодействия с лопастью ротора и с образованием рабочих камер, причем оси вращений ротора и дискового разделителя перпендикулярны друг другу, а длина лопасти больше одного оборота ее винтовой линии.

Недостатком этой роторной машины является наличие сложностей в выполнении ее винтовых поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является коловратный насос, могущий служить также двигателем, который содержит корпус, в котором с возможностью вращения находится дисковый разделитель, в радиальных пазах которого помещены поршневые заслонки, который укреплен на шаровой втулке и который на- .правляется двумя кольцами, скрепленными друг с другом криволинейной зубчатой рейкой, связанной зубчатым зацеплением с установочной осью 1.

Однако этот насос, могущий служить также двигателем, имеет достаточно сложную конструкцию.

Целью изобретения является упрощение конструкции. Применение предложенной машины позволяет иметь простую, надежную роторную машину с дисковым разделителем.

Поставленная цель достигается тем, что роторная машина содержит корпус с внутренней полостью, заключенной между поверхностями двух шаровых поясов с общим центром, двух конических поверхностей с точкой симметрии для них в этом общем центре. При этом поверхность внутреннего

шарового пояса выполнена на шаровой втулке, находящейся на посадке с возможностью вращения в корпусе, а поверхность внешнего шарового пояса находится на части шара, находящейся в корпусе на посадке с возможностью вращения и в подшипниках, позволяющих вращения этой части шара в плоскости, наклонной к плоскости симметрии этих шаровых поясов.

Эти две конические поверхности выполнены на корпусе. На внутреннем шаровом поясе выполнена радиальная лопасть в плоскости, проходящей через высоты этих конических поверхностей, находящаяся на

посадке с возможностью вращения с коническими поверхностями и наружным шаровым поясом. Эта лопасть находится на посадке с возможностью вращения в дисковом разделителе, выполненном на наружном шаровом поясе в плоскости вращения части шара, связанной с корпусом подшипником, выполненной пустотелой и жестко связанной с валом, находящимся в подшипнике. Дисковый разделитель связан с лопастью и с обоими коническими поверхностями уплотнениями.

На фиг.1 схематично показана роторная машина, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - уплотнение в

корпусе, уплотняющее дисковый разделитель относительно наружной конической поверхности в корпусе, поперечный разрез; на фиг.4 - уплотнение в дисковом разделителе, уплотняющее дисковый разделитель относительно лопасти, поперечный разрез, в увеличенном масштабе; на фиг.5 - то же и так же, что и на фиг.4, но разрез в плоскости вращения лопасти; на фиг.6-10 - схематично в развертке последовательное изменение объемов рабочих камер через каждые 90° вращения лопасти.

Роторная машина содержит корпус 1, содержащий внутреннюю полость 2, составной внутренней поверхностью которой является поверхность внутреннего шарового пояса 3, выполненного на шаровой втулке 4, находящейся на посадке с возможностью вращения в корпусе 1. Составными внутренними поверхностями полости 2 являются и

наружные конические поверхности 5 и 6, выполненные в корпусе 1, а также поверхность наружного шарового пояса 7, находящего на пустотелой части 8 шара, находящейся в корпусе 1 на посадке с возможностью вращения и в подшипниках 9, позволяющих вращение части 8 шара в плоскости, наклонной к плоскости симметрии шаровых поясов 3 и 7, имеющих общий центр, в котором находится и точка симметрии конических поверхностей 5 и 6, под углом а. Часть 8 шара жестко связана дисковым разделителем 10, находящимся в плоскости ее вращения и на посадке с возможностью вращения с внутренним шаровым поясом 3. Дисковый разделитель 10 связан с радиальной лопастью 11, жестко связанной с втулкой 4 и находящейся в плоскости, проходящей через ось вращения втулки 4, уплотнением 12, состоящим из двух стержней 13 сегментного поперечного сечения, находящихся на посадке с возможностью вращения одним их торцом с внутренним шаровым поясом 3, их цилиндрическими поверхностями с общей осью с дисковым разделителем 10, а их плоскими поверхностями на посадке с возможностью перемещения с лопастью 11. Дисковый разделитель 10 в местах наибольшего сближения с коническими поверхностями 5 и 6 связан по линии этого сближения с корпусом 1 двумя уплотнениями 14, каждое из которых состоит из стержня 15, находящегося на посадке перемещения в корпусе 1 и подпружиненного относительно него пружинами 16, например цилиндрическими, и связанного с дисковым разделителем 10 посадкой с возможностью движения его центральным участком 17, по сторонам которого находятся скошенные участки 18, взаимодействующие с выступами 19 корпуса 1 и обеспечивающие прохождение над стержнями 15 лопасти 11 путем утапливания его в теле корпуса 1, Каждая коническая поверхность 5 и 6 имеет наклон ее образующей к плоскости симметрии шаровых поясов 3 и 7 под углом, равным углу а. Дисковый разделитель 10 и лопасть 11 делят внутреннюю полость 2 корпуса 1 на четыре изменяющиеся по объему рабочие камеры А, Б, В и Г. Часть 8 шара жестко связана с выходным валом 20, соосным подшипникам 9 и находящимся в подшипнике 21. Втулка 4сло- пастью 11 и часть 8 шара с дисковым разделителем 10 составляет ротор 22 машины. Диаметр цилиндрической поверхности стержней 13 уплотнения 12 не больше толщины дискового разделителя 10 Стержни 13 с другого их торца жестко связаны между собой диском 23, соосным их цилиндрической поверхности и одного с ней диаметра. Диск 23 находится на посадке с возможностью вращения в теле части 8 шара и на посадке с возможностью перемещения по торцу лопасти 11.

Впускные и выпускные окна на чертежах не показаны, так как конкретное выпол- нение машины (двигатель, насос, компрессор) не входит в предмет изобретения.

Роторная машина работает следующим образом.

При вращении ротора 22 дисковый разделитель 10 взаимодействует с лопастью 11

(вращение лопасти 11 на фиг.2 показано стрелкой). При этом происходит возвратное перемещение дискового разделителя 10 по лопасти 11 в уплотнении 12 с возвратно-вращательным движением стержней 13 в теле

дискового разделителя 10, а жестко соединяющего стержни 13 диска 23 - в теле части 8 шара. При этом плоские поверхности стержней 13 и диска 23 возвратно перемещаются по поверхности лопасти 11 и

соответственно для диска 23 - по торцу лопасти 11. Уплотнения 14 лопасть 11 проходят, утапливая без вредных ускорений через скошенные участки 18 стержни 15 в корпусе 1, сжимая пружины 16. Выступы 19 не касаются скошенных участков 18 стержня 15 в собранной (и в работающей) машине. Их касание необходимо только в процессе сборки машины для того, чтобы удержать стержни 15 в корпусе 1 до того, как будет

установлен на свое место дисковый разделитель 10. При прохождении же лопасти 11 над уплотнением 14 выступы 19 обеспечивают лабиринтность между корпусом 1 и стержнем 15, что увеличивает уплотняющие

свойства уплотнения 14 в этот момент. Взаимодействием дискового разделителя 10 с лопастью 11 при вращении ротора 22 приводит к последовательному изменению объемов рабочих камер А, Б, В и Г от нуля до

объема полости 2, находящегося по одну сторону дискового разделителя 10, и от этого объема - до нуля и так далее. Движение лопасти 11 и дискового разделителя 10 совместно через их уплотнение 12. Такое изменение объемов рабочих камер А, Б, В и Г воздействует на рабочую среду, находящуюся в них, таким образом, что рабочая среда поступает за счет вакуума в увеличивающиеся эти объемы и вытесняется за счет избыточного давления - из-за уменьшающихся этих объемов. При этом дисковый разделитель 10 движется равномерно вращательно за счет инерции масс части 8 шара, вала 20 и привода, а движение втулки 4 с лопастью

11 (их масса значительно уступает по величине массе дискового разделителя 10 совместно с частью 8 шара, валом 20 и приводом) мало отличается от равномерного вращательного движения.

Формула изобретения

Роторная машина, содержащая корпус с внутренней полостью, в которой размещен ротор с дисковым разделителем, имеющим паз, периферийная поверхность

внутренней полости выполнена сферической, а ротор установлен в корпусе на шаровой опоре, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, машина снабжена шаровой втулкой с закрепленной на ней радиальной лопастью, ротор жестко соединен с дисковым разделителем, лопасть размещена в ответном пазу дискового

й

f

Фи2.Ч

разделителя и связана с ним посредством двух сегментных втулок, ротор установлен в корпусе наклонно с образованием рабочих камер между корпусом, дисковым раздели- 5 телем, лопастью и шаровой втулкой, при этом последняя выполнена с возможностью вращения относительно оси внутренней полости корпуса.

Фа. 6

Б

/7

Риг. 7

Фиг.

/гз

ч

Ф(4 г. ю