Роторно-лопастная машина
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкциях роторно-лопастных механизмов роторных машин. К техническим результатам, получаемым от реализации заявленного изобретения, можно отнести повышение надежности роторно-лопастной машины за счет упрощения конструкции и предотвращения заклинивания взаимодействующих между собой элементов роторно-лопастного механизма, уменьшение трения в рабочих поверхностях трения, уменьшение общих механических потерь и, как следствие, уменьшение пневмогидравлических потерь роторной машины и повышение ее коэффициента полезного действия (КПД). Роторно-лопастная машина имеет неподвижный корпус 1 с внутренней цилиндрической расточкой 2, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно (не показано). Полый цилиндрический ротор 5 с приводом (не показано) и продольными радиальными профилированными пазами 6 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями установлен в неподвижном корпусе 1 эксцентрично по отношению к расточке 2 неподвижного корпуса 1. Рабочие лопатки-лопасти 7 с проушинами 8 установлены в шарнирах 9, имеющих плоско-выпуклую форму. Шарниры 9 размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах 6 полого ротора 5 за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями профилированных пазов 6. В неподвижном корпусе 1 выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки 2, образующие рабочие камеры машины, с окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно. Смежные расточки 2 корпуса 1 выполнены эксцентрично друг другу. В цилиндрическом роторе 5 выполнено более одной полости 10 с продольными радиальными профилированными пазами 6 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями. Каждая из полостей 10 цилиндрического ротора 5 совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой 2 неподвижного корпуса 1. Проушины 8 лопаток 7 размещены внутри полостей 10 ротора и установлены на осях 11, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек 2 неподвижного корпуса 1. Оси 11 выполнены воедино в виде единого кривошипа, оси которого, в свою очередь, по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой из внутренних цилиндрических расточек 2 неподвижного корпуса 1. 5 п.формулы. Илл. 5.
Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована в конструкциях роторно-лопастных механизмов роторных машин.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, и известным из существующего уровня техники является роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса, установленные в шарнирах, имеющих плосковыпуклую форму, лопатки, имеющие рабочие и торцевые поверхности, с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса, причем шарниры размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями (см. США, патент 3892502, НКИ 418/15, 1975).
Достижению требуемого технического результата - повышение эксплуатационных характеристик и надежности работы в более широком диапазоне параметров - в известной роторно-лопастной машине препятствуют, например, значительные пневмогидравлические и механические потери при движении разделительных лопаток-лопастей в радиальных пазах цилиндрического ротора, а также явление заклинивания шарниров и лопаток, имеющее место при высоких коэффициентах трения.
Это наблюдается в результате отклонения профиля поверхности шарнира, взаимодействующей с поверхностью паза ротора, которое может иметь место при удлинении ротора, необходимой для достижения указанных целей, в следствии деформации лопаток-лопастей.
Кроме того, техническое воплощение такой конструкции требует применения определенных конструктивных приемов из-за того, что ось, размещенная в полом роторе и на которой установлены лопатки, тем не менее, закреплена на неподвижном корпусе.
Это усложняет конструкцию машины в целом.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезной модели, является создание роторно-лопастной машины, обеспечивающей качественное улучшение эксплуатационных характеристик и увеличение производительности роторно-лопастной машины при одновременном увеличении ее ресурса.
К техническим результатам, получаемым от реализации заявленной полезной модели, можно отнести повышение надежности роторно-лопастной машины за счет предотвращения заклинивания взаимодействующих между собой элементов роторно-лопастного механизма, уменьшение трения в рабочих поверхностях трения, уменьшение общих механических потерь и, как следствие, уменьшение пневмогидравлических потерь роторной машины и повышение ее коэффициента полезного действия (КПД).
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что, в роторно-лопастной машине, имеющей неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, установленный в неподвижном корпусе эксцентрично по отношению к расточке неподвижного корпуса, лопатки-лопасти с проушинами, имеющие рабочие и торцевые поверхности, и установленные в шарнирах, имеющих, в свою очередь, плосковыпуклую форму, причем шарниры размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, согласно полезной модели, в неподвижном корпусе выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки, образующие рабочие камеры машины, с окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, смежные расточки корпуса выполнены эксцентрично друг другу, в цилиндрическом роторе выполнено более одной полости с продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, а каждая из полостей цилиндрического ротора совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой неподвижного корпуса, при этом, проушины лопаток размещены внутри полостей ротора и установлены на осях, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса, и выполненных, в свою очередь, в виде единого кривошипа, оси которого по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса.
Оси крайних по отношению ко всему кривошипу его шипов могут быть установлены в полом цилиндрическом роторе и так, что ось соответствующего шипа соосна оси полого цилиндрического ротора.
Шипы, крайние по отношению ко всему кривошипу, могут быть установлены в полом цилиндрическом роторе с возможность скольжения в нем.
Во внутренней цилиндрической расточке неподвижного корпуса может быть выполнена по крайней мере, одна продольная выемка и в этом случае, она может быть выполнена с цилиндрической поверхностью
Полезная модель поясняется чертежами, где,
На Фиг.1 изображен боковой разрез роторно-лопастной машины.
На Фиг.2 - сечение А-А Фиг.1.
На Фиг.3 - сечение В-В Фиг.1.
На Фиг.4 - сечение С-С Фиг.1.
На Фиг.5 изображен боковой разрез роторно-лопастной машины по п.2 формулы полезной модели.
Для повышения надежности роторно-лопастной машины за счет предотвращения заклинивания взаимодействующих между собой элементов роторно-лопастного механизма, уменьшение трения в рабочих поверхностях трения, уменьшение общих механических потерь в заявленной полезной модели применены следующие комплексные технические решения.
Роторно-лопастная машина имеет неподвижный корпус 1 с внутренней цилиндрической расточкой 2, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно (не показано).
Полый цилиндрический ротор 5 с приводом (не показано) и продольными радиальными профилированными пазами 6 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями установлен в неподвижном корпусе 1 эксцентрично по отношению к расточке 2 неподвижного корпуса 1.
Рабочие лопатки-лопасти 7 с проушинами 8 установлены в шарнирах 9, имеющих плоско-выпуклую форму.
Шарниры 9 размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах 6 полого ротора 5 за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями профилированных пазов 6.
В неподвижном корпусе 1 выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки 2, образующие рабочие камеры машины, с окнами подвода 3 и отвода 4 рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно.
Смежные расточки 2 корпуса 1 выполнены эксцентрично друг другу.
В цилиндрическом роторе 5 выполнено более одной полости 10 с продольными радиальными профилированными пазами 6 с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями.
Каждая из полостей 10 цилиндрического ротора 5 совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой 2 неподвижного корпуса 1.
Проушины 8 лопаток 7 размещены внутри полостей 10 ротора и установлены на осях 11, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек 2 неподвижного корпуса 1
Оси 11 выполнены воедино в виде единого кривошипа, оси которого, в свою очередь, по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой из внутренних цилиндрических расточек 2 неподвижного корпуса 1.
Оси 12 крайних по отношению ко всему кривошипу его шипов установлены в полом цилиндрическом роторе 5 и так, что ось 12 соответствующего шипа соосна оси полого цилиндрического ротора 5.
Шипы, крайние по отношению ко всему кривошипу, установлены в полом цилиндрическом роторе 5 с возможность скольжения в нем.
Во внутренней цилиндрической расточке 2 неподвижного корпуса 1 выполнена по крайней мере, одна продольная выемка 13, и в этом случае, она выполнена с цилиндрической поверхностью.
Роторно-лопастная машина работает следующим образом.
Рабочая среда перемещается от окна подвода 3 к окну отвода 4 (см. стрелки на фиг.2) лопатками 7, которые совершают возвратно поступательные движения относительно ротора 5 при его вращении выдвигаясь и вдвигаясь из шарниров 9, в которых они размещены с зазором или без зазора, но с возможностью скольжения.
Для улучшения эксплуатационных характеристик за счет увеличения длины ротора 5 и надежной работы в более широком диапазоне параметров за счет снижения пневмогидравлических и механических потерь при движении лопаток 7 в радиальных профилированных пазах 6 цилиндрического ротора 5, ось 11 выполнена в виде кривошипа не связанного со статором, а шипы кривошипа 12 установлены в роторе 5 соосно его оси с возможностью скольжения в роторе 5.
Такая фиксация оси 11 лопаток 7 в элементах ротора позволяет избежать перекоса слишком длинной оси в случае ее консольного закрепления в корпусе как у прототипа, и, при необходимости увеличить длину ротора, а также обеспечивает возможность подвода и отвода энергии вращения с обоих концов ротора 5.
При этом с целью дополнительного увеличения производительности машины за счет увеличения длины ротора, в неподвижном корпусе 1 выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки 2, образующих рабочие камеры машины, с окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно.
Непосредственным «масштабированием» достичь заявленного технического результата при фиксированных оборотах привода не представляется возможным, т.к., при этом возрастают линейные скорости скольжения концов лопаток 7 по цилиндрической расточке 2 корпуса 1, что увеличивает интенсивность износа концов лопаток и(или) приводит к необходимости снижения рабочего давления.
Непосредственное увеличение длины расточки 2 и внутренней расточки 10 ротора 5 приведет к снижению жесткости (увеличению рабочих деформаций) шарниров 9, что увеличит износ и вероятность заклинивания механизма. Таким образом поставленная задача по увеличению производительности роторно-лопастной машины может быть достигнута выполнением более одной расточки 2 корпуса 1 и выполнением более одной соответствующей внутренней расточки 10 ротора 5, например, 2-х расточек 2 корпуса 1 и соответствующих им внутренних расточек 10 ротора 5, как показано на фиг. 3.
Для разгрузки ротора 5 от радиального рабочего давления в неподвижном корпусе 1 внутренние цилиндрические расточки 2 могут быть выполнены эксцентрично, при этом разгрузка ротора осуществляется следующим образом.
При вращении ротора 5 по часовой стрелке в центральных цилиндрических расточках 2 корпуса 1 окна отвода рабочей среды 4 расположены, например, справа и сила давления действует на ротор справа.
В боковых цилиндрических расточках 2 корпуса 1 выполненных эксцентрично центральной(ых) цилиндрической(их) расточки(ек) окна отвода рабочей среды 4 расположены, например, слева и сила давления действует на ротор слева.
Таким образом радиальные силы давления в центральной части ротора, действующие справа, в значительной степени компенсируются радиальными силами давления по концам ротора, действующими слева.
Если длина эксцентричных расточек 2 корпуса 1 не критична для жесткости кривошипа 11, то внешние шипы 12 кривошипа 11 могут быть выполнены без опоры в роторе 5. В случае если длина эксцентричных расточек 2 корпуса критична для жесткости кривошипа 11, то внешние шипы 12 кривошипа 11 должны быть выполнены с опорой в роторе 5.
Во внутренней цилиндрической расточке 2 может быть выполнена, по крайней мере, одна продольная выемка 13, которая, может быть выполнена с цилиндрической поверхностью с целью очистки ротора 5, подачи смазки или других целей, при этом ось 11, выполненная в виде кривошипа удерживает лопатки 7 через проушины 8 от попадания в продольную выемку(ки) 13 и заклинивания всего механизма.
Роторно-лопастная машина может быть изготовлена с применением традиционных конструкционных материалов в условиях экспериментального или серийного производства.
1. Роторно-лопастная машина, содержащая неподвижный корпус с внутренней цилиндрической расточкой, образующей рабочую камеру машины, и окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, установленный в неподвижном корпусе эксцентрично по отношению к расточке неподвижного корпуса, лопатки-лопасти с проушинами, имеющие рабочие и торцевые поверхности, и установленные в шарнирах, имеющих, в свою очередь, плосковыпуклую форму, причем шарниры размещены с возможностью поворота в продольных радиальных профилированных пазах ротора за счет взаимодействия своей внешней выпуклой поверхностью с их противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, отличающаяся тем, что в неподвижном корпусе выполнено более одной внутренней цилиндрической расточки, образующие рабочие камеры машины, с окнами подвода и отвода рабочей среды, сообщенными с напорной и сливной магистралями, соответственно, смежные расточки корпуса выполнены эксцентрично друг другу, в цилиндрическом роторе выполнено более одной полости с продольными радиальными профилированными пазами с противолежащими вогнутыми дугообразными поверхностями, а каждая из полостей цилиндрического ротора совмещена с соответствующей ей внутренней цилиндрической расточкой неподвижного корпуса, при этом проушины лопаток размещены внутри полостей ротора и установлены на осях, соосных осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса и выполненных, в свою очередь, в виде единого кривошипа, оси которого по отношению к смежным частям кривошипа расположены соосно осям каждой из внутренних цилиндрических расточек неподвижного корпуса.
2. Роторно-лопастная машина по п.1, отличающаяся тем, что оси крайних по отношению ко всему кривошипу его шипов установлены в полом цилиндрическом роторе так, что ось соответствующего шипа соосна оси полого цилиндрического ротора.
3. Роторно-лопастная машина по п.1, отличающаяся тем, что шипы, крайние по отношению ко всему кривошипу, установлены в полом цилиндрическом роторе с возможностью скольжения в нем.
4. Роторно-лопастная машина по п.1, отличающаяся тем, что во внутренней цилиндрической расточке неподвижного корпуса выполнена, по крайней мере, одна продольная выемка.
5. Роторно-лопастная машина по п.4, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна продольная выемка во внутренней цилиндрической расточке неподвижного корпуса выполнена с цилиндрической поверхностью.
