Роторная машина Советский патент 1993 года по МПК F01C1/00 F01C1/34 F04C2/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано В роторных двигателях, насосах, компрессорах.

Целью изобретения является повышение КПД машины путем уменьшения внутренних перетечек рабочей среды.

На фиг.1 приведена схема устройства роторной машины; на фиг.2 - конструкция роторной машины с одним из возможных вариантов выполнения отдельных элементов; на фиг.З - конструкция роторной маши- мы с другим возможным вариантом выполнения элементов; на фиг.4- конструкция роторной машины с третьим возможным вариантом выполнения элементов.

Роторная машина содержит статор 1, внутри которого расположена рабочая камера 2 в виде кольцевой полости с переменной по кольцу площадью проходного сечения. Внутри рабочей камеры установлен ротор 3, имеющий форму кольца. На роторе 3 размещены вытеснительные элементы 4. Вытеснительные элементы 4 перекрывают проходное сечение кольцевой

полости рабочей камеры 2. Роторная машина снабжена элементами энергопередачи 5, связанными с ротором 3. Для входа рабочей среды в рабочую камеру 2 и выхода из нее рабочая камера снабжена впускным и выпускным окнами 6.

Форма кольца кольцевой полости рабочей камеры 2 может быть произвольной. Кольцо- может иметь форму окружности, овала, эллипса или любой другой кривой, замкнутой в кольцо.

Площадь проходного сечения кольцевой полости при обходе по кольцу плавно изменяется, т.е. полость имеет участки сужения и расширения. Последовательность двух участков (участка расширения и участка сужения или наоборот, в зависимости от назначения машины) соответствует одному рабочему циклу. Этот цикл соответствует циклу расширения-сжатия (или наоборот) объема расширительно-вытеснительных камер, на которые разделена вытеснительными элементами 4 кольцевая полость рабочей камеры 2. Кольцевая полость рабочей камеры 2 может иметь произвольное количество

ел

с

со

со

00

о ы о

со

таких рабочих циклов, т.е. участков расширения и сужения. Участки расширения и сужения могут перемежаться участками с постоянной площадью проходного сечения. Участки с постоянной площадью проходного сечения могут помещаться и внутри самих участков сужения и расширения.

Форма проходного сечения кольцевой полости рабочей камеры 2 может быть произвольной и может меняться по кольцу полости.

Каждый участок сужения и каждый участок расширения .имеет по крайней мере - одно окно б для впуска или выпуска рабочей среды. Окно б на отдельных участках могут отсутствовать у машин, имеющих несколько рабочих циклов за один оборот, в которых отдельные рабочие циклы используются для технологического расширения-сжатия или сжатия-расширения рабочей среды без его впуска и выпуска из рабочей камеры 2. В этом случае окна 6 для впуска и выпуска рабочей среды имеются у других рабочих циклов.

Окна 6 могут находиться в каком-то заданном месте участка расширения или сужения, а также протягиваться по всему участку в зависимости от осуществляемого рабочего процесса и сжимаемости рабочей среды.

Окна 6 могут иметь вид поперечной кольцевой щели. В этом случае рабочая камера 2 будет разрезана ими на отдельные участки. В зависимости от специфики рабочего процесса и конструкции машины на отдельных участках кольца рабочей камеры 2 стенки могут быть убраны и заменены направляющими для ротора 2 и вытеснитель- ных элементов 4.

Ротор 3 нерастяжим, он может быть выполнен жестким, гибким, в виде цепи шар- нирно соединенных звеньев и т.д.

Проходное сечение кольцевой полости герметично перекрыто вытеснительными элементами 4, установленными на роторе 3. Возможность постоянного герметичного перекрытия вытеснительным элементом 4 проходного сечения кольцевой полости, имеющего в разных местах кольца разную площадь, обеспечивается за счет эластичности или гибкости материала вытеснительно- го элемента 4, или его специальной конструкцией - раскладной, раздвижной, поворотной, формопеременной и т.д.

Элементы энергопередачи 5 ротора 3 могут быть выполнены в виде механической связи, например в виде зубчатого зацепления. Это может быть также знергопередача посредством магнитного или электромагнитного полей и т.д. Элементами энергопередачи в последнем случае могут быть, например, электрические обмотки, выполненные на роторе и статоре по схеме асинхронной электрической машины.

Роторная машина может работать как в режиме насоса, так и в режиме двигателя, а также одновременно в режиме двигателя и насоса. Работа машины одновременно в режиме двигателя и насоса возможна, если

она выполнена с двумя или более рабочими циклами за один оборот ротора 3. В этом случае часть рабочих циклов работает в качестве двигателя, а часть-в качестве насоса или насосов. В различных.рабочих циклах

может использоваться различная рабочая среда.

Роторная машина работает следующим образом,

При работе машины в качестве насоса

или компрессора ротор 3 приводится во вращение посредством элементов энергопередачи5. При движении расширительно-вытеснительных камер, на которые кольцевая полость разбита вытеснительными элементами 4, по расширяющемуся участку кольцевой полости их объем увеличивается и. они заполняются рабочей средой через соответствующее окно б, работающее как впускное. При движении расширительно-вытеснительных камер по сужающемуся участку их объем уменьшается и рабочая среда либо просто выдавливается в течение всего цикла сжатия через окно 6, работающее как выпускное, либо

вначале сжимается,.а выпускается в конце цикла сжатия.

При работе машины в качестве двигателя рабочая среда под давлением подается в окно 6 расширяющегося участка кольцевой

полости рабочей камеры 2 и заполняет доступные ей расширительно-вытеснительные камеры. Раоочая среда своим давлением воздействует на вытеснительные элементы и вследствие разных площадей перекрываемых ими проходных сечений кольцевой полости приводит ротор 3 во вращение. Через элементы энергопередачи 5 энергия вращения ротора 3 передается потребителю либо непосредственно в виде механической

энергии, либо преобразовывается в другой вид энергии: тепловую, электрическую и т.д. При движении расширительно-вытеснительных камер по сужающемуся участку отработавшая рабочая среда выдавливается

из рабочей камеры 2.

Использование в роторной машине рабочей камеры 2 в виде кольцевой полости и соответственно кольцевого ротора 3 полностью решает проблему перетеканчя рабочей среды через торцовые зазоры ротора.

При кольцевой рабочей камере 2 расшири- |ельно-вытеснительные камеры абсолютно изолированы друг от друга по боковым по- ерхностям и контактируют только через разделяющие их вытеснительные элемен- . Причем каждая расширительно-вытес- нительная камера контактирует только с двумя непосредственно примыкающими к ней камерами. Перетекание рабочей среды внутри машины возможно только между со- седними расширительно-вытеснительными камерами, перепад давления между которыми наименьший. Величины перетеканий определяются герметичностью, обеспечиваемой вытеснительными элементами 4 и зависящей от плотности прилегания .вытес- нительных элементов 4 к стенкам рабочей к|амеры 2.

i Использование предлагаемой роторной машины обеспечивает повышение КПД машины, повышение рабочего перепада давления машины в одной ступени, возможность работы машины с высоким КПД как на высоких, так и на низких оборотах.

Вышесказанное иллюстрируется при- м|ерами.

I У машин, изображенных на фиг.2 и 4, кольца кольцевой полости рабочей камеры 2 - круг, а у машины на фиг.З - овал.

i У машин на фиг.2 и 3 за один оборот ротора каждая расширительно-вытесни- тельная камера совершает один рабочий ц/1кл, а у машины на фиг.4 - два цикла.

У машин на фиг.2, 3 и 4 расширяющиеся и i сужающиеся участки разделены участками с постоянной площадью проходного сечения.

У машин на фиг.2 и 4 проходное сечение кольцевой полости имеет форму прямо- у(|ольника, а у машин на фиг.З - форму круга.

I В приведенных примерах каждый участок сужения и каждый участок расширения имеет окно б для впуска или выпуска рабочего тела. Окна протянуты на всю длину участков расширения и сужения.

Роторы 3 машин на фиг.2 и 4 - жесткие, а (Машины на фиг.З - в виде цепи из звеньев.

Герметичное перекрытие проходного сечения кольцевой полости рабочей камеры 2 в машине на фиг.З осуществляется вытеснительными элементами, выполненными в 5 виде эластичных поршней. Вытеснительные элементы машин, показанных на фиг.2 и 4, состоят из двух шарнирно соединенных между собой участков, причем один из участков закреплен на роторе, а другой сво- 0 бодно, в некоторых пределах, вращается на оси.

На фиг.2, 3 и 4 приведены примеры реализации элементов энергопередачи. У машины, на фиг.2 они выполнены в виде 5 зубчатого зацепления. Использование в такой передаче нескольких зубчатых колес может обеспечить передачу чистого момента на ротор или от него.

Элементами энергопередачи машины 0 на фиг.З являются электрическая обмотка статора 8 и постоянные магниты 9, закрепленные на роторе 3.

Элементами энергопередачи машины на фиг.4 являются вспомогательный ротор 9 5 с установленными на нем постоянными магнитами 10 и выполненная на роторе 3 корот- козамкнутая обмотка 11.

Формула изобретения

1. Роторная машина, содержащая ста- 0 тор с впускным и выпускным окнами и рабочей камерой, в которой размещен ротор с закрепленными на нем вытеснительными элементами, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения 5 внутренних перетечек рабочей среды, рабочая камера выполнена в виде кольцевой полости с плавно меняющейся площадью проходного сечения, а ротор выполнен в виде кольца и установлен с возможностью 0 постоянного перекрытия посредством вы теснительных элементов проходного сечения последней.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что каждый вытеснительный элемент 5 выполнен составным из нескольких шарнирно соединенных между собой звеньев, одно из которых закреплено на роторе,

/

2 Фаг. /

АХ

Фиг. 2

/

Фи.2.3

2 4 Ю # 1

Редактор З.Ходакова

Составитель А.Грехнев Техред М.Моргентал

фие.4Корректор С.Патрушева