Роторная машина объемного действия

Изобретение относится к вакуумной, компрессорной и гидравлической технике и может быть использовано при создании высокопроизводительных и компактных машин объемного действия различного назначения. Машина состоит из цилиндра (2), в котором вращается основной ротор (3) с выступом (4). Высота выступа (4) соответствует разности между радиусами основного ротора (3) и цилиндра (2). Под углом 90 градусов к оси вращения основного ротора (3) и синхронно с ним вращается вспомогательный ротор (6), в котором имеется профилированная впадина (7), в которую уходит выступ (4), когда проходит мимо вспомогательного ротора. Цилиндр (2) снабжен впускным окном (10) и выпускным окном (11). Ширина Н выступа (4) превышает расстояние В между контурами отверстий окон (10) и (11). При вращении основного (3) и вспомогательного (6) роторов происходит изменение объема цилиндра (2), в результате чего рабочее тело (жидкость или газ) входят в цилиндр (2) через всасывающее окно (10) и нагнетается через отверстие (11). Выполнение ширины Н выступа (4) больше расстояния В между контурами отверстий (10) и (11) позволяет отказаться от нагнетательного клапана и существенно улучшить удельные и экономические показатели машины за счет кратного увеличения частоты вращения ротора (3).

Приложение 2 к решению о выдаче патента к заявке 2011109309/06(013524)

Роторная машина объемного действия

Полезная модель относится к области насосо- и компрессоростроения.

Известна роторная машина объемного действия, содержащая рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и размещены с минимальным зазором между собой и окружающими их деталями (см. Пластинин П.И. Сухие винтовые и прямозубые компрессоры, Итоги науки и техники, сер. Насосостроение и компрессоростроения, Холодильное машиностроение, том 3, ВИНИТИ, 1986, с. 3-80).

К недостатку данной конструкции относятся ее большие габариты, так как оба ротора расположены в одной плоскости. При этом расстояние между осями роторов входит в общую цепь размеров, обеспечивающих герметичность стыка между роторами, в связи с чем, даже незначительная погрешность при изготовлении или потеря точности при износе подшипниковых узлов приводит к резкому ухудшению экономичности машины. Кроме того, в данной конструкции очень сложно организовать многоступенчатое сжатие, так такая попытка приводит к резкому росту массогабаритных характеристик и дополнительно существенно усложняет технологию изготовления. Еще одним существенным недостатком является малая ремонтопригодность машины, так как очень сложно восстанавливать фасонные поверхности роторов и межцентровое расстояние в подшипниковых узлах. Кроме того, уплотнение рабочих полостей в этих машинах происходит по линии, образованной при контактировании цилиндрических поверхностей при противоположно направленных радиусах, что снижает экономичность за счет увеличенных утечек.

Известна также роторная машина объемного действия, содержащая рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и размещены в корпусе относительно друг друга с зазором, причем плоскость вращения вспомогательного ротора выполнена под углом 90 градусов к плоскости вращения основного ротора, торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, а по обе стороны от линии сопряжения основного и вспомогательного роторов размещены отверстия впуска и выпуска рабочего тела - жидкости или газа (см. RU 43925 U1, 10.02.2005, F04C 29/04).

Недостатком такой конструкции являются большие потери работы в нагнетательном клапане, установленном в линии выпуска рабочего тела и невозможность работы с большой частотой вращения, что снижает удельные характеристики машины.

Первый недостаток связан с обязательным наличием в линии выпуска самодействующего обратного клапана, который имеет значительное сопротивление, особенно при большой частоте рабочего цикла, т.к. запорный элемент не успевает достаточно адекватно реагировать на изменение давление в рабочей полости в связи с действующими на него силами инерции, что и определяет большое сопротивление линии выпуска и, соответственно низкую экономичность машины.

Второй недостаток также связан с наличием нагнетательного самодействующего клапана, который принципиально не в состоянии работать при перекачке жидкости с частотой более 700-800 оборотов в минуту, в связи с чем, такие машины могут быть только низкооборотными и имеют плохие удельные (отношение производительности к массе) показатели.

Задачей полезной модели является повышение экономичности и удельных показателей роторной машины объемного действия.

Указанная задача решается тем, что в роторной машине объемного действия, содержащей рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и размещены в корпусе относительно друг друга с зазором, причем плоскость вращения вспомогательного ротора выполнена под углом 90 градусов к плоскости вращения основного ротора, торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, а по обе стороны от линии сопряжения основного и вспомогательного роторов размещены отверстия впуска и выпуска рабочего тела - жидкости или газа, согласно изобретению, ширина выступа Н равна или больше максимального расстояния В между линиями отверстий впуска и выпуска рабочего тела.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 дано фронтальное изображение примера выполнения одноступенчатой роторной машины объемного действия, на фиг.2 - ее сечение по оси ротора, на фиг.3-6 - последовательные положения ротора при работе машины.

Машина объемного действия состоит (см. фиг.1 и 2) из пластины 1, содержащей цилиндр 2, в котором концентрично размещен основной ротор 3 с выступом 4, наружная поверхность которого имеет радиус, равный радиусу цилиндра 2. Ротор 3 установлен неподвижно на приводном валу 5 и при вращении своей цилиндрической поверхностью касается плоскости вспомогательного ротора 6, плоскость вращения которого составляет с плоскостью вращения основного ротора 3 угол 90 градусов, и имеющего впадину 7 с формой, позволяющей выступу 4 проходить в ней при синхронном вращении роторов 3 и 6. Вращение ротора 6 осуществляется вместе с осью 8. С фронтальной стороны цилиндр 2 перекрыт крышкой 9, в которой расположено отверстие впуска 10. Отверстие выпуска 11 размещено с противоположной стороны цилиндра 2 в теле корпуса 12. Ширина выступа 4 равна или несколько превышает расстояния между линиями контуров отверстия впуска 10 и отверстия выпуска 11. Зубчатое зацепление 13-14 служит для синхронизации вращения вала 5 и оси 8, и, соответственно - роторов 3 и 6. Полость 15, образованная корпусом 12 и пластиной 16, может служить ресивером, при этом проходное сечение отверстия выпуска 11 может быть соединено с этой полостью каналом в теле корпуса 12 (на фигуре не показан). Максимальное расстояние между контурами отверстий впуска 10 и выпуска 11 В меньше, чем ширина Н выступа 4.

Машина работает следующим образом (см. фиг.1, 3-6).

В начальном (условно) положении (фиг.1) выступ 4 перекрывает отверстия впуска 10 и выпуска 11, а вся полость цилиндра 2 заполнена рабочим телом, например, жидкостью.

При вращении ротора 3 по часовой стрелке, выступ 4 (фиг.3) продолжает перекрывать отверстие впуска 10 и открывает отверстие выпуска 11, переталкивая в него нагнетаемую из цилиндра 2 жидкость. При этом нагнетаемая жидкость никак не может попасть в отверстие впуска 10, т.к. оно перерыто выступом 4, несмотря на то, что путь для жидкости и открыт через неплотности впадины 7.

При дальнейшем вращении ротора 3 (фиг.4) впадина 7 уходит из зацепления с выступом 4, а цилиндрическая поверхность ротора 3 образует с нижней плоскостью вспомогательного ротора 6 контакт, который препятствует перетеканию нагнетаемой жидкости из зоны нагнетания (выпуска) в зону всасывания (впуска). Движение выступа 4 приводит к увеличению объема зоны впуска цилиндра 2 и заполнению его жидкостью через отверстие впуска 10, а также к уменьшению объема зоны выпуска и нагнетанию из нее жидкости через отверстие выпуска 11.

При дальнейшем вращении ротора 3 (фиг.5) вся жидкость из зоны выпуска проходит в отверстие выпуска 11, после чего выступ 4 ротора 3 перекрывает отверстие выпуска 11 и начинает входить в появившуюся впадину 7. При этом происходит продолжение увеличения объема зоны впуска, и жидкость продолжает поступать в нее через отверстие впуска 10.

При дальнейшем вращении ротора 3 (фиг.6) несмотря на то, что при данном положении поверхность ротора 3 уже не уплотняется нижнем торцом вспомогательного ротора 6, жидкость не может перетекать из отверстия выпуска 11 в зону впуска, т.к. выступ 4 перекрывает отверстие выпуска 11, и впуск продолжается через отверстие впуска 10.

В дальнейшем цикл работы повторяется.

Выполнение ширины Н выступа 4 ротора 3 равным или больше расстояния В между контурами отверстий впуска и выпуска позволяет отказаться от установки в линии выпуска нагнетательного клапана, снизить работу нагнетания и кратно увеличить частоту вращения ротора. Все это вместе взятое дает возможность повысить экономичность работы машины и улучшить ее удельные показатели.

Роторная машина объемного действия, содержащая рабочий цилиндр с размещенным в нем основным ротором, имеющим, по крайней мере, один выступ, радиус которого равен радиусу цилиндра, и вспомогательный ротор, имеющий впадину для размещения в ней выступа основного ротора, причем оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение, и размещены в корпусе относительно друг друга с зазором, причем плоскость вращения вспомогательного ротора выполнена под углом 90° к плоскости вращения основного ротора, торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, а по обе стороны от линии сопряжения основного и вспомогательного роторов размещены отверстия впуска и выпуска рабочего тела - жидкости или газа, отличающаяся тем, что ширина выступа Н равна или больше максимального расстояния В между линиями отверстий впуска и выпуска рабочего тела.