Объемная роторная машина

СОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК 31992 А 1 О) (1 1)5 Р 04 С 2/ ОСУДАРСТВЕННО ЕДОМСТВО ССС ОСПАТЕЮТ ССС пАтЕнтн НИЕ ИЗОБРЕТЕ ПИСА ДЕТЕЛЬС АВТ(54) ОБЪЕМНАЙ РОТОРКАЯ МАШИНА(57) Сущйость йзобретения: участки торробразной поверхности сопряженных по.однойцилиндрической поверхности корпуса и ротора образуют торообразный: рабочий цилиндр. . 8 цилиндре размещензакрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенны 4 и ВЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГ 2по обе стороны поршня. В цилиндре в зоне расположения кулачков выходят каналы подвода и отвода рабочей среды. Ротор закреплен на валу, установленном в подаип нйках, 8 радйальных расточках ротора размещены замыкатели:в виде пустотелых цилиндрических золотникоа.с образованием в цилиндре полостей высокого и низкого давления и уплотнения корпуса и ротора; Два опорныхэлемента звкрейлены в корпусе. Торцовые крымски 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.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 теда, 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 цилиндриче. ской поверхности, поршень с участками подъема и опусканияразмещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршня перпендикулярно оси вращения ротора и с размещением профилированных частей поршня и участков подъема - опускания,в рабочем цилиндре, с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкатепем, 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 непозволит ее использовать для оперирова 5 ния с ядовитыми рабочими телами или сдругими вредными рабочими телами, разлив или даже испарение которых недопустимо.Цель изобретения - уменьшение габа 10 ритов и расширение области примененияобьемной роторной машины,Поставленная цель достигается тем, чтоизвестная обьемнэя 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 цилиндрическойповерхности, поршень с участками подъема20 и опускания, размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметриипоршня перпендикулярно оси враще ия ротора и с размещением профилированныхчастей поршня и участков подьема - опускания в рабочем цилиндре; с непрерывнымобразованием, последовательно с каждымзамыкателем, рабочих камер .высокого инизкого давления, поршни-замыкатели цилиндрической формы, расположенные в поЭО лостях ротора перпендикулярно осивращения ротора, каждый со сферическимконцом, запирающим рабочий цилиндр,распределительное устройство рабочего тела, включающее выполненные в поршне каЗб нал входа рабочего тела в камеру рабочегоцилиндра и канал выхода рабочего тела иэкамеры рабочего цилиндра, снабжена двумя корпусами подшипников, выполняющихфункции опор и боковых крышек роторной40 машины, прикрепленных с разных сторон ккорпусу рабочего цилиндра, с расположением ротора между подшипниками, и двумяторцовыми уплотнениями, включающимикаждое подпружиненное уплотнительное45 кольцо из мягкого антифрикционного материала со статическим уплотнением и контактирующее с ним по торцу металлическоеопорное кольцо высокой твердости, крометого, в предлагаемой машине с двух сторонбо уплотнения выполнены бесконтактными и, онэ дополнительно снабжена расположенными по окружности в полостях между ротором и боковыми крышками желобами сразной шириной в верхней и нижней поло 55 винах и каналами, выполненными в крышках, продолжением которых являютсятрубопроводы, сообщающиеся с герметичной емкостью, и уплотнениями, поджимэемыми с помощью пружин или крышеккольцами.На фиг.1 изображена предлагаемая роторная машина, общий вид; на фиг,2 - сечение А-А на фиг,1; на фиг.З - 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, торо- образный 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. Поршни-,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 изображе ны два варианта исполнения обьемнайроторной машины: только с бесконтактными уплотнениями 6 (правая сторона гидро- машины) и с бесконтактными уплотнениями 6 в совокупности с уплотнениями 30 (левая 10 сторона гидромашины). Между крышками20 и ротором 2 расположены полости 32,Рассмотрим работу объемной роторноймашины в качестве гидронасоса.Гидронасос работает следующим обра эом, Рабочая жидкость низкого давлениячерез канал 17, за.счет вакуума и гидростатического напора, непрерывно поступает в рабочую камеру 15 низкого давления, одновременно рабочая жидкость высокого дав ления непрерывно вытесняется поочереднопоршнями-эамыкателями 11 и 12 из рабочей камеры 14 высокого давления, При запуске . насоса поршни-замыкатели 11 и 12 поджимаются к торообразной поверхности 4 кор пуса 1 или только с помощью инерционныхсил (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, дополнительно будет действовать продольная 35 сила давления жидкости, увеличивающаярезультирующую силу прижатия поршнязамыкателя к торообразной поверхности корпуса;Продольная сила давления жидкости 40 равна:,Уг 0Р - р2 4где р - . давление рабочей жидкости высокого давления;45 . О - диаметр рабочего цилиндра (диаметр поршней-замыкателей).При подходе поршня-замыкателя 11 кпоршню 7 на поршень-замыкатель 11 последовательно воздействует участок подъема 8, 50 поршейь 7, участок опускания 9, При скольжении по участку подъема 8 поршень-замы-.катель 11 приподнимается, при скольжении по поршню 7 находится вприподнятом положейии, при скольжении по участку опу-55 скания 9 опускается, запирая. рабочийцилиндр 3 с другой стороны. поршня 7. Аналогичным образом и поршень-замыкатель 12 проходит поршень 7. При подъеме поршней-замыкателей 11 и 12 в рабочем цилинд10. Такая конструкция насоса позволяет 10 40Формула изобретения1.,Объемная роторная машина, содержащая сопряженные по одной цилиндрической поверхности корпус и ротор с участками торообразной поверхности, об разующими тороабраэный рабочий цилиндр, размещенный в цилиндре и закрепленный на корпусе поршень с,профилированными кулачками, расположенными по Обе стороны поршня, выходящие в ци 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 55 цилиндрических золотников с образованием в торообразном рабочем цилиндре полостей высокого и низкого давлений и уплотнения сопряжений корпуса и ротора, о т л и ч а ю щ а я с я тем,. что, с целью 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 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 ротором2 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 15 20 25 30 35 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 пьлуцилиндрической 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 обьемных роторных машин позволят перекачивать ядовитые и другие вредные рабочие тела, что увеличит область их применения.(56) Авторское свидетельство СССРМ 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, о т л и ч а ю щ а я с я 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 10 Фиг. / 3. Машина по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я 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.Машинапопп.1 иЗ,отличающая с я тем, что она снабжена дополнительны-.ми уплотнениями, например фторопластовыми кольцами, поджатыми опорными элементами посредством металлических ко лец или пружин, 17319921731992 Составитель П, Бельковнцузнецова Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская Редакто Эак 7 Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/ Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101