Роторно-поршневая машина объемного действия

Предлагаемая роторно-поршневая машина объемного действия обладает повышенной эффективностью за счет увеличения рабочего объема при минимальных размерах и усовершенствования профилей внутреннего и наружного роторов.

Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием роторно-поршневой машины объемного действия, в которой, согласно полезной модели, контур профилированной поверхности внешнего ротора выполнен из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей с равными радиусами, центры которых расположены на равных расстояниях от оси вращения внешнего ротора через равные углы между ними, а другие участки представляют собой огибающие кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки внутреннего ротора, а дуги окружностей являются профилирующими для внутреннего ротора, причем координаты каждой точки профилированной поверхности внутреннего ротора определяют по формулам:

где:

- угловой параметр, для которого определяется координата,

е - расстояние между осями вращения роторов,

n - число вершин внешнего ротора,

r - радиус профилирующих окружностей, причем r=k×е, где

R - расстояние от оси вращения внешнего ротора до оси профилирующей окружности, причем R=(n-1)×е+К, где rК2×r.

Предлагаемая полезная модель относится к объемным роторным машинам, и может быть использована в различных отраслях, например в области гидромашиностроения для перекачки жидких сред, в частности в нефтяной и газовой промышленности для перекачки газожидкостных смесей.

Известна роторная машина с внутренним зацеплением роторов, имеющая в цилиндрическом круглом корпусе вращающийся наружный ротор, сидящий на диске центрального вала, который продолжается с одной или с обеих сторон диска с равномерно распределенными вокруг камерами, внутренняя поверхность которых выгнута по цилиндру, радиус которого равен двойному эксцентриситету между внутренним ротором и наружным ротором. (Патент DE 556181, 1932 г.).

Недостатками известной машины являются:

- сложность конструкции, затрудняющая сборку и разборку машины;

- значительная часть крутящего момента затрачивается на преодоление трения из-за того, что радиус вставок внешнего ротора параметризован и равен удвоенному эксцентриситету;

- рабочий объем мал по сравнению с габаритным объемом машины из-за параметризации радиуса вставок внешнего ротора, приравненного к удвоенному эксцентриситету, так как наилучшая компактность конструкции достигается при разном сочетании радиуса вставок внешнего ротора и эксцентриситета.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является роторно-поршневая машина с заключенным в корпусе внешним ротором с профилированными выемками и ротором с профилированными вершинами, которые контактируют внутренними гранями внешнего ротора и гранями внутреннего ротора (Патент DE 3432915, по кл. F01С 1/10, 1987 г.).

В известной конструкции внешний и внутренний роторы совершают вращательное движение каждый вокруг своей неподвижной оси.

Недостатками известной конструкции являются:

- наличие в рабочих камерах паразитных объемов, находящихся между выпуклой кривой внутреннего ротора и наружным радиусом внешнего ротора, уменьшающих эффективность машины, поскольку заключенная в

данных объемах рабочая среда транспортируется во всасывающую полость машины;

- необходимость заменять весь внешний ротор при износе его внутренних граней;

- наличие протяженной цилиндрической щели, сообщающейся с рабочими камерами, что вызывает значительные утечки рабочей среды.

Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции роторно-поршневой машины объемного действия, обладающей повышенной эффективностью за счет увеличения рабочего объема при минимальных размерах и усовершенствования профилей внутреннего и наружного роторов.

Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием роторно-поршневой машины объемного действия, включающей составной корпус, установленные в нем с эксцентриситетом внешний и внутренний роторы с профилированными поверхностями, причем отношение числа вершин внутреннего ротора к числу вершин внешнего ротора n равно (n-1)/n, в которой, согласно полезной модели, контур профилированной поверхности внешнего ротора выполнен из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей с равными радиусами, центры которых расположены на равных расстояниях от оси вращения внешнего ротора через равные углы между ними, а другие участки представляют собой огибающие кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки внутреннего ротора, а дуги окружностей являются профилирующими для внутреннего ротора, причем координаты каждой точки профилированной поверхности внутреннего ротора определяют по формулам:

где:

- угловой параметр, для которого определяется координата,

е - расстояние между осями вращения роторов,

n - число вершин внешнего ротора,

r - радиус профилирующих окружностей, причем r=k×е, где

R - расстояние от оси вращения внешнего ротора до оси профилирующей окружности, причем R=(n-1)×е+К, где rК2×r.

Выполнение профилированных поверхностей внутреннего и внешнего роторов по винтовым поверхностям позволяет расположить впускное отверстие на одном торце роторов, а выпускное отверстие - на противоположном торце роторов, что гарантирует разделение трактов подвода и отвода, при этом обеспечивает надежность герметизации камер и повышает обеспечиваемый напор насоса.

Изобретение характеризуется также тем, что машина снабжена синхронизирующей передачей внутреннего зацепления, малая шестерня которой связана с внутренним ротором, а шестерня большего диаметра с внешним ротором.

Это дает возможность снизить изнашивание роторов в процессе работы и увеличить ее ресурс, что улучшает потребительские качества машины.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность и срок службы роторно-поршневой машины объемного действия, улучшить потребительские качества.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных конструкциях роторных машин, т.е. предлагаемое решение, соответствует критерию «новизна».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Предлагаемая роторно-поршневая машина объемного действия поясняется следующим описанием и чертежами, где:

на фиг.1 - показан продольный разрез роторно-поршневой машины с внешним ротором, профилированная поверхность которого выполнена из четырех чередующихся участков (n=4);

на фиг.2 - показан разрез А-А с фиг.1;

на фиг.3 - показан продольный разрез роторно-поршневой машины, снабженной синхронизирующей передачей внутреннего зацепления;

на фиг.4 - показан разрез Б-Б с фиг.3;

на фиг.5 - показан продольный разрез роторно-поршневой машины, у которой боковые рабочие поверхности внутреннего и внешнего роторов выполнены по винтовым поверхностям;

на фиг.6 - показан разрез В-В с фиг.5;

на фиг.7 - показан разрез Г-Г с фиг.6.

Роторно-поршневая машина объемного действия включает корпус 1 с крышкой 2, установленный в них на подшипниках (на черт не показ) вал 3 с неподвижно закрепленным на нем внутренним ротором 4 и внешний ротор 5, расположенный в корпусе 1 с эксцентриситетом е относительно оси вала 3.

В крышке 2 размещена система подвода и отвода перекачиваемой среды 6 в виде торцевых окон. Внутренний (4) и внешний (5) роторы имеют профилированные поверхности.

Контур профилированной поверхности внешнего ротора 5 состоит из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей 7 с равными радиусами, центры которых расположены на одинаковых расстояниях от оси вращения внешнего ротора 5 через равные углы между ними, а другие участки 8 представляют собой огибающие кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки 9 внутреннего ротора 4.

Дуги окружностей 7 являются профилирующими для внутреннего ротора 4.

Образование профилированных поверхностей происходит следующим образом.

Предлагаемая машина имеет два (внутренний и внешний) ротора, установленные в корпусе 1 с эксцентриситетом относительно друг друга и вращающиеся в одну сторону, каждый вокруг своей оси, с отношением частот вращения (n-1)/n.

При этом внешний ротор 5 имеет n участков в виде дуг окружностей 7 (фиг.2), которые являются производящими для профиля поверхности внутреннего ротора 4. Профиль внешнего ротора 5 между участками 7 образуется профилем внутреннего ротора 4 путем его обкатывания относительно неподвижного внешнего ротора 5.

Данное построение профилей внутреннего ротора 4 и внешнего ротора 5 гарантирует создание замкнутых рабочих камер 10 переменного объема.

Предлагаемая конструкция может быть снабжена синхронизирующей передачей внутреннего зацепления (фиг.3), малая шестерня 11, которой

связана с внутренним ротором 4, а шестерня большего диаметра 12 - с внешним ротором 5.

Профилированные рабочие поверхности 13 и 14 внутреннего и внешнего роторов могут быть выполнены по винтовым поверхностям (фиг.5 и фиг.6).

Работу роторно-поршневой машины объемного действия осуществляют следующим образом.

Включением двигателя (на чертеже не показан) приводят во вращение вал 3 и жестко связанный с ним внутренний ротор 4. Профилированная поверхность внешнего ротора 5 находится в контакте с профилированной поверхностью внутреннего ротора 4 и за счет этого внешний ротор 5 вращается в ту же сторону, что и внутренний ротор 4.

В процессе работы, каждая камера 10 циклично изменяет свой объем от минимального до максимального значений и обратно.

Цикличное сообщение камер 10 с окном нагнетания 15 и с окном всасывания 16, соответственно при уменьшении и увеличении их объема обеспечивает передачу рабочей среды из тракта всасывания в тракт нагнетания.

Были изготовлены и опробованы опытные образцы предлагаемой роторно-поршневой машины объемного действия.

Пример 1. Конструкция имеет следующие параметры: прямые профили роторов, число вершин внешнего ротора - 7, внутреннего ротора - 6, перекачиваемая жидкость - промышленная вода. Производительность - 60 м³/ч, давление нагнетания - 1,0 МПа, установленная мощность привода насоса - 22 кВт.

Пример 2. Конструкция имеет следующие параметры: прямые профили роторов, число вершин внешнего ротора - 4, внутреннего ротора - 3. Внутренний ротор и подшипники скольжения изготовлены из термопластичного композитного материала. Перекачиваемая жидкость -промышленная вода. Производительность - 12 м³ /ч, давление нагнетания -0,6 МПа, установленная мощность привода насоса - 3 кВт.

Опробование обеих конструкций показывает, что предлагаемая полезная модель имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- большая глубина регулирования подачи перекачиваемой среды за счет изменения частоты вращения привода, которая принципиально недостижима в центробежном насосе с одинаковыми рабочими параметрами;

- меньшие габаритные размеры и масса по сравнению с центробежным насосом при одинаковых рабочих параметрах;

- больший удельный напор, реализуемый в одной ступени насоса.

1. Роторно-поршневая машина объемного действия, включающая составной корпус, установленные в нем с эксцентриситетом внешний и внутренний роторы с профилированными поверхностями, причем отношение числа вершин внутреннего ротора к числу вершин внешнего ротора равно (n-1)/n, отличающаяся тем, что контур профилированной поверхности внешнего ротора состоит из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей с равными радиусами, центры которых расположены на одинаковых расстояниях от оси вращения внешнего ротора через равные углы между ними, а другие участки представляют собой кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки внутреннего ротора, а дуги окружностей являются профилирующими для внутреннего ротора, и координаты каждой точки профилированной поверхности внутреннего ротора определяют по формулам:

где

- угловой параметр, для которого определяется координата,

е - расстояние между осями вращения роторов,

n - число вершин внешнего ротора,

r - радиус профилирующих окружностей, причем r=k×е, где

R - расстояние от оси вращения внешнего ротора до оси профилирующей окружности, причем R=(n-1)×е+К, где rК2×r.

2. Роторно-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что боковые рабочие поверхности внутреннего и внешнего роторов выполнены по винтовым поверхностям.

3. Роторно-поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что машина снабжена синхронизирующей передачей внутреннего зацепления, малая шестерня которой связана с внутренним ротором, а шестерня большего диаметра связана с внешним ротором.