Объемная роторная машина

 

Сущность изобретения: участки торообразной поверхности сопряженных по одной цилиндрической поверхности корпуса и ротора образуют торообразный рабочий цилиндр . В цилиндре размещен закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршня. В цилиндре в зоне расположения кулачков выходят каналы подвода и отвода рабочей среды. Ротор закреплен на валу, установленном в подшипниках , В радиальных расточках ротора размещены замыкатели и виде пустотелых цилиндрических золотников с образованием в цилиндре полостей высокого и низкого давления и уплотнения корпуса и ротора. Два опорных элемента закреплены в корпусе . Торцовые крышки для размещения подшипников жестко связаны между собой и расположены по обе стороны опорных элементов с центральными отверстиями. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

ВЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s F 04 С 2/344

ГОСУДАРСТВЕННОЕ. ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕЮТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21).43:1 7824/29 (22) 20.10.67 (46).30.10,93, Бюл. 1 к 39-40. (75) П.В,Бельковец (56).Авторское свидетельство СССР

М 1566058, кл; F 01 С 1/30, 1986; . (54) ОБЪЕМНАЙ РОТОРКАЯ МАШИНА (57} Сущйость йзобретения: участки торробразной поверхности сопряженных по.одной цилиндрической поверхности корпуса и ротора образуют торообразный: рабочий цилиндр. . 8 .цилиндре размещен закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенньп4и м Ж 1731992 А1

2 по обе стороны поршня. В цилиндре в зоне расположения кулачков . выходят каналы подвода и отвода рабочей среды. Ротор закреплен на валу, установленном в подшипнйках. 8 радйальных расточках ро ора размещены замыкатели в виде пустотелых цилиндрических золотникоа-с образовани- . ем в цилиндре полостей высокого и низкого давления и уплотнения корпуса и ротора;

Два опорных элемента закрейлены в корпусе. Торцовые крышки для размещения под. шипников жестко связаны между собой и

- расположены по обе стороны опорных эле- ментов с центральными. отверстиями. 3 з. и; ф-.лы,4 ил.:; Я

° °

1731992

Изобретение относится к гидромашиностроению, компрессоростроению, двигателестроению и может быть использовано в . станкостроении, судостроении, в дорожных, горных, строительных, сельскохозяйственных машинах.

Известны аксиальные роторно-пораневые машины, содержащие вал, совершающий вращательное движение, и несколько поршней, совершающих возвратно-поступательное движение с помощью наклонной шайбы и других промежуточных звеньев; шатунов, карданов, совершающих сложное движение.

Работа машин с такой сложной кинематической связью приводит к возникновению инерционных цагрузок, к пульсационной подаче рабочего тела, к зависимому от положения вала крутящему моменту, Кроме того, они имеют сложное распределение рабочего тела.

Известна объемная роторная машина, содержащая корпус рабочего цилиндра и ротор с участками торообраэной поверхности, образующими торообразный рабочий цилиндр, с сопряжением корпуса рабочего цилиндра.и ротора по одной цилиндрической поверхности, поршень с участками подъема и опускания„размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршня перпендикулярно оси вращения ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков подъ. ема — опускания в рабочем цилиндре, с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкателем, рабочих камер высокого и низкого давлений,. поршни-замыкатели цилиндрической формы, расположенные в полостях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, каждый со сферическим концом, запирающим рабочий цилиндр, распределительное устройство рабочего тела, включающее выполненные в поршне канал входа рабочего тела в камеру рабочего цилиндра и канал выхода рабочего тела из камеры рабочего цилиндра.

Недостатком указанной роторной машины является консольное расположение ротора и негерметичность конструкции. При консольном расположении ротора нагрузка нэ подшипник, расположенный ближе к ротору, складывается из суммы радиального усилия в роторе и реакции второго подшипника, Это приводит к увеличению габаритов гидромашины. При консольном расположении ротора, для избежания недопустимых прогибов вала (раскрытия стыка между корпусом рабочего цилиндра и ротором), необходимо увеличивать диаметр вала, что приведет к увеличению других размеров вала и в целом гидромашины. Негерметичность конструкции роторной машины не позволит ее использовать для оперирования с ядовитыми рабочими телами или с другими вредными рабочими телами, разлив или даже испарение которых недопустимо.

Цель изобретения — уменьшение габа1О ритов и расширение области применения объемной роторной машины, Поставленная цель достигается тем, что известная объемная роторная машина, содержащая корпус рабочего цилиндра и ро" тор с участками торообразной поверхности, образующими торообразный рабочий цилиндр, с содержанием корпуса рабочего цилиндра и ротора по одной цилиндрической поверхности, поршень с участками подъема

2О и опускания, размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршня перпендикулярно оси враще» ия ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков подьема — опускания в рабочем цилиндре; с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкателем, рабочих камер .высокого и низкого давления, поршни-замыкатели цилиндрической формы, расположенные в поЗО лостях ротора перпендикулярно оси вращения ротора, каждый со сферическим концом, запирающим рабочий цилиндр, распределительное устройство рабочего тела, включающее выполненные в поршне каЗ нал входа рабочего тела в камеру рабочего цилиндра и канал выхода рабочего тела иэ камеры рабочего цилиндра, снабжена двумя корпусами подшипников, выполняющих функции опор и боковых крышек роторной

40 машины, прикрепленных с разных сторон к корпусу рабочего цилиндра, с расположение л ротора между подшипниками, и двумя торцовыми уплотнениями, включающими каждое подпружиненное уплотнительное кольцо из мягкого антифрикционного материала со статическим уплотнением и контактирующее с ним по торцу металлическое опорное кольцо высокой твердости, кроме того, в предлагаемой машине с двух сторон бо уплотнения выполнены бесконтактными и, она дополнительно снабжена расположенными по окружности в полостях между ротором и боковыми крышками желобами с разной шириной в верхней и нижней половинах и каналами, выполненными в крышках, продолжением которых являются трубопроводы, сообщающиеся с герметичной емкостью, и уплотнениями, поджимэемыми с помощью пружин или крышек кольцами.

1731992

На фиг.1 изображена предлагаемая роторная машина, общий вид; на фиг.2 — сечение А-А на фиг,1; на фиг.3 — сечение А-А на фиг.1 (другое конструктивное исполнение); на фиг.4 — сечение 6-6 на фиг.1.

Объемная роторная машина содержит корпус 1 рабочего цилиндра, ротор 2, торообразный рабочий цилиндр 3, Для образования торообразного рабочего цилиндра 3 корпус 1 и ротор 2 снабжены участками торообразной поверхности 4 и 5 соответственно и сопряжены между собой по цилиндрической поверхности 6, Корпус 1 рабочего цилиндра 3 снабжен расположенным в выемке корпуса 1 и прикрепленным к нему поршнем 7 с участками подъегла 8 и опускания 9; Профилированные части поршня 7 участков подъема 8 и опускания 9 расположены в рабочем цилиндре 3. Ротор

2 снабжен поршнями-замыкателями 11 и 12, расположенными в полостях 10 ротора 2 с возможностью запирания рабочего цилиндра 3. Продольные оси поршней-замыкателей 11 и 12 перпендикулярны оси вращения ротора. При необходимости (малых числах оборотов ротора) каждый поршень-замыкатель подпружинивается пружиной 13. flopшни-,замыкатели 11 и:12 совместно с поршнем 7 образуют рабочие камеры 14 и

15, а при нахождении поршней-замыкателей 11 и 12 в положении 11 и 12 — рабочие камеры 14 и 15, а также камеры 16. Роторная машина снабжена выполненными в поршне

7 каналом 17 входа рабочего тела низкого давления в рабочую камеру 15 низкого давления и каналом 18 выхода рабочего тела высокого давления из рабочей камеры 14 высокого давления. Роторная машина снабжена каналами 19, выполненными в роторе

2 по одному возле каждого замыкателя, служащими для сообщения полостей 10 с камерой рабочего цилиндра. Роторная машина

- снабжена двумя крышками 20, прикрепленными к корпусу 1 и являющимися одновременно опорами и корпусами подшипников.

Ротор 2 при помощи шпонки 21 соединен с валом 22, устайовленным на подшипниках

23 в крышках 20. Роторная машина снабже. на двумя торцовыми уплотнениями, включающими каждое подпружиненное пружинами 24 уплотнительное кольцо 25 с уплотнением 26 и опорное-кольцо 27 высо- кой твердости. Герметичность машины может быть обеспечена бесконтактными уплотнениями 6 с помощью желобов 28, прикрепленных к крышкам 20, каналов 29, выполненных в крышках 20, герметичной емкости (на чертежах не показана), сообщенной трубопроводами (на чертежах не показаны) с каналами 29. Герметичность машины может быть увеличена уплотнениями

30, поджимаемыми с помощью пружин (на чертежах не показаны) или крышек 20. кольцами.31. Таким образом, на фиг.З изображе5 ны два варианта исполнения обьемнай роторной машины: только с бесконтактными уплотнениями 6 (правая сторона гидромашины) и с бесконтактными уплотнениями

6 в совокупности с уплотнениями 30 (левая

10 сторона гидромашины). Между крышками

20 и ротором 2 расположены полости 32.

Рассмотрим работу объемной роторной машины в качестве гидронасоса.

Гидронасос работает следующим обра15 эом. Рабочая жидкость низкого давления через канал 17, за.счет вакуума и гидростатического напора, непрерывно поступает в рабочую камеру 15 низкого давления, одновременно рабочая жидкость высокого дав20 ления непрерывно вытесняется поочередно поршнями-эамыкателями 11 и 12 из рабочей камеры 14 высокого давления. При запуске . насоса поршни-замыкатели 11 и 12 поджимаются к торообразной поверхности 4 кор25 пуса 1 или только с помощью инерционных сил (при достаточных числах оборотов ротора), или с помощью инерционных сил и усилий пружин (при малых оборотах ротора). . При работе насоса, когда по меньшей мере

30 один поршень-замыкатель перекрывает рабочий цилиндр и ротор снабжен отверстиями, 19, на поршень-замыкатель, образующий камеру высокого давления, до полнительно будет действовать продольная

35 сила давления жидкости, увеличивающая результирующую силу прижатия поршнязамыкателя к торообразной поверхности корпуса, Продольная сила давления жидкости

40 равна: ,7г О

Р= — p

2 4 где р —. давление рабочей жидкости высокого давления;

Π— диаметр рабочего цилиндра (диаметр поршней-замыкателей).

При подходе поршня-замыкателя 11 к поршню 7 на поршень-замыкатель 1 1 последовательно воздействует участок подъема 8, поршейь 7, участок опускания 9. При скольжении по участку подъема 8 поршень-замыкатель 11 приподнимается, при скольжении по поршню 7 находится в приподнятом положейии, при скольжении- по участку опу55 скания 9 опускается, запирая. рабочий цилиндр 3 с другой стороны. поршня 7. Аналогичным образом и поршень-замыкатель

12 проходит поршень 7. При подъеме поршней-замыкателей 11 и 12 в рабочем цилинд% /

1731992

25

35 ре 3 освобождается определенный объем, который в процессе подъема замыкателей заполняется таким же объемом жидкости, вытесняемой из полостей 10, при опускании поршни-замыкатели вытесняют жидкость определенного объема из рабочего цилиндра 3, перемещающуюся в процессе опускания замыкателей в освобождающееся пространство такого же объема полостей

10. Такая конструкция насоса позволяет 10 получить беспульсационную подачу рабочей жидкости, так как перемещающиеся поршни-замыкатели не будут вносить возмущения на перемещение рабочей жидкости из рабочего цилиндра к потребителю.

В предложенной объемной роторной машине ротор расположен между подшипниками, поэтому и нагрузка ротора распределяется на два подшипника, что позволяет, по сравнению с консольным расположением ротора, уменьшить нагрузку на подшипник примерно в 4 раза. Такая конструкция машины обеспечивает выполнение условий жесткости и прочности меньшими размерами вала, а соответственно меньшие габариты будет иметь и роторная машина.

Применение для уплотнения сопряжения корпуса 1 рабочего цилиндра с ротором

- 2 торцовых уплотнений (см. фиг.2), бескон. тактных уплотнений 6 или .бесконтактных уплотнений 6 с уплотнениями 30 вместе с желобами 28, каналами 29 (см. фиг,3), трубопроводами и герметичной емкостью позволяет получить герметичные конструкции машин, Бесконтактные уплотнения проще торцовых, но они не обеспечивают самостоятельно полной герметичности. В совокупности с уплотнениями 30 герметичность увеличивается и может быть при малых за.

Формула изобретения

1:,Объемная роторная машина, содержащая сопряженные по одной цилиндрической поверхности корпус и ротор с участками торообразной поверхности, об- 45 разующими тороабраэный рабочий цилиндр, размещенный в цилиндре и закрепленный на корпусе поршень с,профилированными кулачками, расположенными

llo Обе сторо ы поршня, выходящие в ци- 50 линдр в зоне расположения кулачков каналы подвода и отвода рабочей среды, при этом ротор закреплен на валу, установленном в подшипниках, в радиальных расточках ротора размещены эамыкатели в виде цилиндрических золотников с образованием в торообразном рабочем цилиндре полостей высокого и низкого давлений и уплотнения сопряжений корпуса и ротора, о т si и ч а ю щ а я с я тем,. что, с целью зорах бесконтактных уплотнений полной.

При неполной герметичности уплотнения рабочая жидкость просачивается в полости

32, откуда она попадает в желоба 28, перемещаясь по желобам 28, поступает в каналы

29, далее по трубопроводам — в герметичную емкость. Желоб в верхней полуцилиндрической части выполнен с шириной, как можно больше перекрывающей выступающую часть ротора, что позволяет стекающей жидкости попадать на желоб, а в нижней полуцилиндрической части — меньшей ширины, исключающей попадание стекающей жидкости на ротор.

Предлагаемая роторная машина с торцовыми уплотнениями, а также с бесконтактными уплотнениями в совокупности с уплотнениями 30 найдет применение в гидромашинах, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, Предлагаемая роторная машина с бесконтактными уплотнениями в совокупности с желобами 28, каналами 29, трубопроводами и герметичной емкостью найдет применение в гидромашинах. Гидромашина с бесконтактными уплотнениями проще в обслуживании, рабочее тело во многих случаях будет смазывать подшипники. В предлагаемых гидромашинах перекачиваемое рабочее тело будет охлаждать нагреваемые детали гидромашины.

Предлагаемые герметичные варианты объемных роторных машин позволят перекачивать ядовитые и другие вредные рабочие тела, что увеличит область их применения. (56) Авторское свидетельство СССР

М 1566058, кл, Г 01 С 1/30, 1986. уменьшения габаритов и снижения утечек рабочей среды путем повышения герметич- . ности, машина снабжена двумя опорными элементами, закрепленными на корпусе, с отверстиями и торцовыми крышками для размещения подшипников, жестко связанными между собой и расположенными по обе стороны элементов.

2, Машина. по и. 1, отличающаяся тем, что уплотнения сопряжений корпуса и ротора выполнены торцовыми, каждое из них включает два взаимодействующих между собой кольца. одно из которых выполнено иэ материала высокой твердости и размещено в кольцевом гнезде ротора, а другое — из мягкого антифрикционного материала, снабжено со стороны корпуса радиальным уплотнением и поджато со стороны опорных элементов пружинами.

1731992

Фиг. 1

3. Машина по о. 1, отличающаяся тем, что ротор выполнен с кольцевыми выступами, машина снабжена двумя тарельчатыми желобами, имеющими участки различной ширины, каждый желоб закреплен на внутренней поверхности опорных элементов с обраэованием с выступами ротора кольцевых полостей, имеющих.в верхней части большую ширину, в нижней части опорных элементов выполнены выпускные отверстия, сообщенные с кольцевыми полостями и с герметичной емкостью, а уплотне-. ния сопряжений корпуса и ротора выполнены бесконтактными.

5 4. Машина попп. 1иЗ,отличающая с я тем, что она снабжена дополнительны-. ми уплотнениями, например фторопластовыми кольцами, поджатыми опорными элементами посредством металлических ко10 лец или пружин.

1731992

Фиг. 2

1731992

1731992

Составитель П, Бельковнц

Редактор О. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор H. Ревская

Заказ 3247

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Тираж Подписное

HllO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб„4/5