Роторная машина

 

Использование: в насосо- и двигателестроении. Сущность изобретения: роторная машина содержит корпус с цилиндрической расточкой, и каналами подвода и отвода рабочей среды, соосно установленное в корпусе статорное кольцо, эксцентрично установленный ротор с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них стержнями, с разделительными пластинами на концах, установленными с возможностью касания рабочей поверхности статорного кольца контактными поверхностями, выполненными на периферийных участках, и возможностью радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер. Оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими пластинами. Внутренняя поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней равным количеству пластин. Длина граней выполнена с условием: L>2E+T, где L - длина рабочей грани многогранника; E - эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца; T - ширина контактной поверхности радиального конца пластины. Каждый диаметральный паз в роторе выполнен с шириной, превышающей толщину разделительной пластины, и в обеих его боковых стенках, с периферийной стороны, вдоль паза выполнены канавки, в поперечном сечении имеющие форму полукруга. В канавках установлены уплотнительные стержни, имеющие ту же форму и изготовленные из антифрикционного материала. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в насосо- и двигателестроении.

Известна роторная машина, содержащая цилиндрический корпус, с концентрично установленным в подшипниках цилиндрическим статорным кольцом, внутри него с эксцентриситетом установлен цилиндрический ротор, в радиальных пазах которого размещены подпружиненные пластины, касающиеся внутренней поверхности статорного кольца (ДЕ, патент N 3315571, кл. F 01 C 1/344, 1988).

Недостатками этой машины являются высокие потери на трение пластин о статорное кольцо и ротор, большие утечки рабочей среды по гребням пластин из-за линейного контакта, а также большая удельная масса и радиальные габариты, диктуемые необходимостью ограничивать вылет пластин из пазов ротора по условиям заклинивания.

Наиболее близкой к изобретению является роторная машина, содержащая корпус, с цилиндрической расточкой и каналами подвода и отвода рабочей среды, и соосно установленное в корпусе статорное кольцо. Внутри него с эксцентриситетом установлен ротор, с диаметральными профилированными пазами и размещенными в них стержнями с разделительными пластинами на концах, имеющими возможность радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер (SU, авт.св. N 1665047, кл. F 01 C 1/344, 1991).

В этой конструкции уменьшены удельная масса и габариты, снижены потери на трение пластин о ротор.

Недостатком этой конструкции являются по-прежнему высокие потери на трение разделительных пластин и стержней о статорное кольцо. Работа конструкции сопровождается повышенным шумом "рокотом" от перекладки стержней, происходящей из-за гистерезиса их движения в кинематически не замкнутой схеме, и повышенным локальным износом статорного кольца по той же причине, приводящего к увеличению утечек. А также высокая стоимость изготовления роторной машины из-за высокой точности требуемой при выполнении диаметральных пазов в роторе под стержни и пластины.

Технический результат изобретения устранение шума при работе роторной машины, локальных износов статорного кольца, снижение утечек рабочей среды и уменьшение потерь на трение, повышение технологичности изготовления роторной машины и снижение стоимости ее изготовления за счет понижения требования по точности выполнения диаметральных пазов в роторе.

Это достигается тем, что оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими пластинами, а внутренняя поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника, с числом рабочих граней равным количеству пластин, при этом длина граней выполнена с условием L > 2E + T где L длина рабочей грани многогранника; E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца; T ширина контактной поверхности радиального конца пластины.

Жесткое соединение стержня с пластинами приводит к реализации кинематически замкнутого механизма и исключению гистерезиса движения частей механизма, что исключает возможность ударов при перекладке стержней и сопутствующих им шумов и износов. Дополнительным эффектом является взаимное уравновешивание, через жесткое соединение со стержнем, центробежных сил от противолежащих пластин, что существенно снижает потери на трение, так как центробежные силы от пластины в ближайшем аналоге создают наибольшую долю потерь на трение. Дополнительное снижение потерь на трение происходит из-за взаимной компенсации кориолисовой и инерционной сил с тангенциальной силой давления рабочей среды на пластины.

Повышение технологичности изготовления роторной машины и снижение стоимости ее изготовления достигается тем, что каждый диаметральный паз в роторе выполнен с шириной превышающей толщину разделительной пластины и в обеих его боковых стенках, с периферийной стороны, вдоль паза выполнены канавки, в поперечном сечении имеющие форму полукруга, в которые установлены уплотнительные стержни, имеющие ту же форму и изготовленные из антифрикционного материала.

Уплотнительные стержни обладают способностью самоустанавливаться во время работы и компенсировать все неточности изготовления ротора. За счет этого снижаются требования по точности выполнения диаметральных пазов в роторе.

На фиг. 1 изображена роторная машина, поперечный разрез; на фиг. 2 вид на уплотнительные стержни, показанные в рабочем положении с преувеличенными отклонениями пазов от номинального расположения.

Роторная машина содержит корпус 1 с цилиндрической расточкой и размещенными в боковых крышках корпуса каналами 2 подвода и отвода рабочей среды. В корпусе 1 соосно установлено статорное кольцо 3, внутренняя поверхность которого выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней 4 равным количеству разделительных пластин 4, 5. В корпусе 1 эксцентрично установлен ротор 6 с диаметральными профилированными пазами 7 и размещенными в них стержнями 8, оба конца которых жестко соединены с прилегающими с разделительными пластинами 5, касающимися рабочих граней 4, статорного кольца 3 контактными поверхностями 9, выполненными на периферийных участках. Пластины имеют возможность радиального перемещения в пазах 7 ротора 6 и образования в статорном кольце 3 рабочих камер 10. Каждый диаметральный паз 7 в роторе 6 выполнен с шириной превышающей толщину разделительной пластины 5 и в обеих его боковых стенках, с периферийной стороны, вдоль паза выполнены канавки 11, в поперечном сечении имеющие форму полукруга, в которые установлены уплотнительные стержни 12, имеющие ту же форму и изготовленные из антифрикционного материала.

При запуске роторной машины, путем вращения ротора 6, боковые поверхности пазов 7 передают крутящий момент на пластины 5, попарно соединенные в одно целое стержнями 8. Пластины приходят во вращение и контактными поверхностями 9 давят на рабочие грани 4 статорного кольца 3, препятствующего вращению пластин (фиг.1). На контактных поверхностях 9 противолежащих пластин реализуется пара сил, оси действия которых разнесены на величину равную ширине контактной поверхности 9. Эта пара сил передает крутящий момент на статорное кольцо 3, которое начинает вращаться с угловой скоростью равной угловой скорости ротора 6. При вращении пластины 5 начинают перемещаться вдоль рабочих граней 4, при большом вылете из пазов 7, опережая статорное кольцо, при малом вылете отставая от него. Таким образом реализуется относительное возвратно-поступательное движение каждой пластины 5 в пределах своей рабочей грани 4 и изменение объема рабочих камер 10. Аналогично роторная машина работает и при запуске от статорного кольца 3.

При вращении ротора 6 на уплотнительные стержни 12 действует центробежная сила F_ц, прижимающая стержни 12 к периферийной стенке паза 11. Сила реакции стенки паза 11 из-за его формы, имеющей в сечении полукруга, имеет составляющую F_п, которая направлена перпендикулярно оси паза 7 и прижимает уплотнительный стержень 12 к разделительной пластине 5. Таким образом уплотняется зазор между стенкой паза 7 и пластиной 5. При расположении пластины 5 в пазу 7 с перекосом (фиг.2) уплотнительные стержни 12 поворачиваются относительно своей оси в полукруглой канавке 11 так, что всегда касаются пластины 5 плоской стороной. Благодаря этому, уплотнительные стержни 12 в работе адаптируются к положению пластин 5, отслеживая их положение относительно паза 7. Усилия необходимые для доворота уплотнительных стержней 12 создаются пластинами 5 при изменении их положения относительно паза 7. Уплотнительные стержни 12 выполнены из антифрикционного материала, например, бронзы, для снижения потерь на трение. Это позволяет сам ротор изготовлять из другого, более дешевого материала, что дополнительно снижает стоимость его изготовления.

Формула изобретения

Роторная машина, содержащая корпус с цилиндрической расточкой, размещенными в боковых крышках корпуса каналами подвода и отвода рабочей среды, соосно установленное в корпусе, в опоре вращения, статорное кольцо, эксцентрично установленный в корпусе, в опоре вращения, ротор с диаметральными профилированными пазами на концах, установленными с возможностью касания рабочей поверхности статорного кольца контактными поверхностями, выполненными на периферийных участках, и возможностью радиального перемещения в пазах ротора и образования в статорном кольце рабочих камер, отличающаяся тем, что оба конца каждого стержня жестко соединены с прилегающими разделительными пластинами, а внутренняя рабочая поверхность статорного кольца выполнена в виде соосного с его внешней поверхностью многогранника с числом рабочих граней, равным количеству разделительных пластин, и их длиной, выполненной с условием L > 2 E + T, где L длина рабочей грани многогранника; E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца; T ширина контактной поверхности радиального конца пластины,
при этом каждый диаметральный паз в роторе выполнен шириной, превышающей толщину разделительной пластины, и в обеих его боковых стенках с периферийной стороны вдоль паза выполнены канавки, в поперечном сечении имеющие форму полукруга, в которые установлены уплотнительные стержни, имеющие ту же форму и изготовленные из антифрикционного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2