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 вкладышем-зубом (4). Высота зуба (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 зуб (4), когда проходит мимо вспомогательного ротора. Цилиндр (2) снабжен всасывающим окном (10) и нагнетательным клапаном (11). Основной ротор (3) имеет дополнительный паз (17), который уравновешивает выступающую часть зуба (4) относительно оси вращения. 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 клапан (11). Выполнение зуба (4) в виде вкладыша позволяет повысить точность изготовления цилиндрической поверхности ротора (3) и снизить перетечки рабочей среды через зазор между роторами (3) и (6), повысив тем самым экономичность машины. Наличие дополнительного сквозного паза (17) позволяет уравновесить ротор (3) и снизить вибрации машины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области насосо- и компрессоростроения.

Известна 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 (Пластинин П.И. Сухие винтовые и прямозубые компрессоры// Итоги науки и техники. Сер. Насосостроение и компрессоростроения. Холодильное машиностроение. Том 3./ВИНИТИ, 1986. Стр 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 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, а торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора (патент РФ на полезную модель 43925 F04С 29/04, опубл. 10.02.2005, бюл. 4).

Недостатком такой конструкции являются большие перетечки рабочего тела (жидкости или газа) через зазор между цилиндрической поверхностью основного ротора и торцевой частью вспомогательного ротора, что снижает экономичность машины, а также неуравновешенность основного ротора в связи с наличием выступа, приводящая к вибрации машины. Невозможность выполнить упомянутый зазор близко к нулю, т.е. обеспечить постоянный минимально напряженный контакт между цилиндрической поверхностью основного ротора и торцевой поверхностью вспомогательного ротора объясняется сложной поверхностью основного ротора и отсутствием технологий, которые способны с высокой точностью обеспечить изготовление точной и очень сложной поверхности основного ротора.

Задачей изобретения повышение экономичности путем снижения перетечек и снижение вибрации машины.

Указанная задача решается тем, что выступ основного ротора выполнен в виде вкладыша, размещенного в пазу основного ротора, а этот ротор снабжен сквозным дополнительным пазом, расположенным на одной оси с пазом основного ротора, причем размеры дополнительного паза определяются соотношением:

где R - радиус цилиндра, г - радиус основного ротора, В - толщина вкладыша, - высота дополнительного паза в направлении радиуса основного ротора, b - ширина дополнительного паза, L - расстояние нижнего торца дополнительного паза от оси основного ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 дано фронтальное изображение примера выполнения одноступенчатой машины объемного действия, на фиг.2 - ее сечение по оси ротора, на фир. 3 - схема машины для определения соотношения, обеспечивающего уравновешенность основного ротора.

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. Выступ 4 выполнен в виде вкладыша, зафиксированного штифтами в пазу основного ротора 3. 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.

Оба ротора имеют кинематическую связь, обеспечивающую их синхронное вращение и размещены в корпусе относительно друг друга с зазором. Вращение ротора 6 осуществляется вместе с осью 8. С фронтальной стороны цилиндр 2 перекрыт крышкой 9, в которой расположено всасывающее окно 10. Нагнетательный клапан 11 размещен с противоположной стороны цилиндра 2 в теле корпуса 12. Зубчатое зацепление 13-14 служит для синхронизации вращения вала 5 и оси 8, и, соответственно - роторов 3 и 6.

Торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора. Полость 15, образованна корпусом 12 и пластиной 16, может служить ресивером, при этом проходное сечение нагнетательного клапана 11 может быть соединено с этой полостью каналом в теле корпуса 12 (на рисунке не показан). В основном роторе 3 помимо паза, в который вставлен выступ (вкладыш) 4, имеется дополнительный сквозной паз 17.

Указанное соотношение (1) определено, исходя из равенства моментов инерции выступающей над ротором 3 части выступа 4 и паза 17 относительно оси вращения.

Как известно, момент инерции фигуры W относительно оси вращения равен произведению площади фигуры на расстояние от центра ее тяжести до оси вращения.

Для выступающей части выступа 4 момент инерции W₁ определиться уравнением:

Для сквозного паза 17 момент инерции W₂ определится уравнением:

Условием полного динамического равновесия ротора 3 с выступом 4 будет равенство W₁=W₂ , т.е. выполнение равенства (1).

Машина работает следующим образом (см. фиг.1 и 2). При вращении ротора 3, например, по часовой стрелке, выступ 4 сначала перекрывает всасывающее окно 10, а затем проходит и освобождает его. При этом позади выступа 4 по мере дальнейшего вращения ротора 3 происходит увеличение полости всасывания. В это же время нижний торец ротора 6, находясь на минимально возможном расстоянии от цилиндрической поверхности ротора 3, отсекает образовавшуюся полость всасывания от левой части цилиндра 2, находящейся в зоне нагнетательного клапана 11 (между клапаном и приближающимся к нему выступом 4). При этом данная полость при вращении ротора 3 уменьшается, находящийся в ней газ или жидкость сжимается и вытесняется через нагнетательный клапан 11 потребителю. Далее выступ 4 перекрывает нагнетательный клапан 11, который при этом закрывается в связи с отсутствием поступления к нему газа или жидкости под давлением, и начинает входить во впадину 7, приближающуюся при вращении ротора 6. Далее цикл работы повторяется.

Описанная конструкция машины объемного действия позволяет существенно повысить точность изготовления рабочей поверхности основного ротора 3, т.к. его диаметр обрабатывается до установки вкладыша, т.е. представляет во время обработки простейшую цилиндрическую поверхность. Это позволяет существенно, практически до нуля снизить перетечки между полостями машины в то время, когда цилиндрическая часть основного ротора 3 скользит вдоль торцовой поверхности вспомогательного ротора 6. Снижение перетечек позволяет уменьшит потери работы, затраченной на сжатие жидкости или газа, и повысить экономичность машины

Наличие дополнительного сквозного паза 17, размеры которого определяются выше указанным соотношением (1), позволяет уравновесить ротор 3, исключить переменные инерционные нагрузки и снизить вибрацию машины объемного действия.

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, а торцевая поверхность вспомогательного ротора, обращенная в сторону цилиндра, расположена относительно оси вращения основного ротора на расстоянии, равном радиусу основного ротора, отличающаяся тем, что выступ основного ротора выполнен в виде вкладыша, размещенного в пазу основного ротора, а этот ротор снабжен сквозным дополнительным пазом, расположенным на одной оси с пазом основного ротора, причем размеры дополнительного паза определяются соотношением:

где R - радиус цилиндра, r - радиус основного ротора, В - толщина вкладыша, а - высота дополнительного паза в направлении радиуса основного ротора, b - ширина дополнительного паза, L - расстояние нижнего торца дополнительного паза от оси основного ротора.