FI80128C

FI80128C - ROTATIONSKOLVMASKIN.

Info

Publication number: FI80128C
Application number: FI873612A
Authority: FI
Inventors: Pertti Juhani Sarkomaa; Ari Veli Olavi Loeytty
Original assignee: Pertti Juhani Sarkomaa; Ari Veli Olavi Loeytty
Priority date: 1987-08-21
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1990-04-10
Also published as: FI873612A0; WO1989001563A1; FI80128B; FI873612A

Description

1 801281 80128

KIERTOMÄNTÄKONEROTARY PISTON MACHINE

Keksinnön kohteena on kiertoinaniäkone, jonka muuttuvaulko-säteinen mäntäroottori pyörii tiiviisti pyöreässä sylinterissä, ja johon avautuvassa toisessa samanakselisessa sylinterissä pyörii mäntäroottoriin tahdistettuna toisio-5 roottori. Laitteelle ominaisen toimintavaiheen aikana pysyy mäntä- ja toisioroottorin välisen tiivistyksen tiivistyskohta samassa kohdassa toisioroottorissa.The invention relates to a rotary machine whose variable-radius piston rotor rotates tightly in a circular cylinder, and in which a secondary rotor rotates in synchronization with the piston rotor in a second coaxial cylinder which opens. During the device-specific operating phase, the sealing point of the seal between the piston and the secondary rotor remains at the same point in the secondary rotor.

Ajateltaessa keksintöä kompressorina, ovat nykyisistä kompressoreista mäntäkompressorit sellaisia, joissa män-10 nät liikkuvat edestakaisin sylintereissään. Täten mäntä-kompressorilla on monia heikkouksia. Sen mäntien ja kier-tokankien edestakaiseen liikkeeseen kuluu energiaa, ongelmana on myös tärinä ja laakerointiin on kiinnitettävä erityistä huomiota edestakaisten liikkuvien massojen ta-15 kia. Myös kampiakselin, jonka avulla mäntien edestakainen liike muutetaan pyöriväksi, valmistaminen on suhteellisen kallista. Muiden nykyisten kompressoreiden heikkouksina on eri kompressorityypeissä esimerkiksi tilavuusvirran riippuvuus vastapaineesta, huono osakuormahyötysuhde, 20 vuotohäviöt, huono säädettävyys ja lamellikompressoreissa lamellien kuluminen.Considering the invention as a compressor, of the current compressors, reciprocating compressors are those in which the pistons move back and forth in their cylinders. Thus, the reciprocating compressor has many weaknesses. The reciprocating motion of its pistons and rotating rods consumes energy, vibration is also a problem, and special attention must be paid to the bearing due to the reciprocating moving masses. It is also relatively expensive to manufacture a crankshaft which converts the reciprocating motion of the pistons. Weaknesses of other current compressors in different compressor types include volume flow dependence on back pressure, poor part load efficiency, 20 leakage losses, poor controllability and lamella wear in lamellar compressors.

Kiertomäntäkompressorit tarjoavat monia teoreettisesti mahdollisia rakenteita, jotka ovat monessa suhteessa tavallista mäntäkompressoria parempia. Keksinnön eroja 25 kiertomäntäkoneisiin, joissa on epitrokoidin muotoisen käyrän osia, on monia. Yksistään se, että keksinnön mukaisen laitteen roottorit pyörivät samaan suuntaan riittää erottamaan sen edellä mainitusta kiertomäntäkonetyy-pistä. Verrattuna kiertomäntäkoneeseen (US P 4 022 553) 30 on suurimpana erona, että keksinnön mukaisessa laitteessa puristus- tai työvaiheen aikana mäntä- ja toisioroottorin välisen tiivistyksen tiivistyskohta pysyy samassa kohdassa toisioroottorissa, jolloin tähän kohtaan voidaan tarvittaessa sijoittaa tiivisteet. Samana aikana on kammion 2 80128 eristävän toisioroottorin osan säde vakio koko kammion eristävällä osalla, jolloin haitallinen tila - luistimen aukon tilavuus - jää erittäin pieneksi.Reciprocating compressors offer many theoretically possible structures that are in many respects superior to a conventional reciprocating compressor. There are many differences in the invention to rotary piston machines having portions of an epithrocoid-shaped curve. The mere fact that the rotors of the device according to the invention rotate in the same direction is sufficient to distinguish it from the above-mentioned type of rotary piston machine. Compared to the rotary piston machine (US P 4,022,553), the main difference is that in the device according to the invention, during the pressing or working phase, the sealing point between the piston and the secondary rotor remains at the same point in the secondary rotor, whereby seals can be placed. At the same time, the radius of the insulating secondary rotor part of the chamber 2 80128 is constant over the entire insulating part of the chamber, whereby the harmful state - the volume of the skate opening - remains very small.

Esillä olevan keksinnön pääkohteena on saada aikaan uu-5 denlainen kiertomäntäkone pneumatiikka- ja hydrauliikka-käyttöön, jolla on yksinkertainen ja käytännöllinen rakenne, jossa on vähän liikkuvia osia, joka on halpa ja voidaan käytännössä voidella ja jäähdyttää helposti tunnetuilla menetelmillä ja jossa kulumiselle alttiita osia 10 on vähän ja ne ovat helposti vaihdettavissa myös osittain. Keksinnöllä saadaan moniin nykyisten kompressorei-den epäkohtiin ratkaiseva parannus. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaisella laitteella on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.The main object of the present invention is to provide a novel rotary piston machine for pneumatic and hydraulic use with a simple and practical structure with few moving parts, which is inexpensive and can be easily lubricated and cooled in practice by known methods and in which wear-prone parts are few and easily replaceable in part. The invention provides a decisive improvement over many of the disadvantages of current compressors. To achieve this, the device according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.

15 Keksinnöllä on monia etuja nykyisiin kompressoreihin verrattuna. Normaalin mäntäkompressorin mäntien ja kierto-kankien edestakaista liikettäei ole, jolloin mekaaninen hyötysuhde paranee. Laitteessa on myös mäntäkompressoria tasaisempi käynti eikä se myöskään tarvitse perustusta.The invention has many advantages over current compressors. There is no reciprocating movement of the pistons and rotary rods of a normal reciprocating compressor, which improves the mechanical efficiency. The device also has a smoother running than a reciprocating compressor and does not need a foundation either.

20 Samoin säädettävyys on hyvä. Rakenteellisina etuina voidaan pitää sitä, että mäntäroottori on helppo tasapainottaa. Laite on myös yksinkertaisempi ja halvempi rakentaa kuin mäntäkompressori. Eihän siinä esimerkiksi ole kampiakselia eikä kiertokankia.20 Likewise, the adjustability is good. Structural advantages can be considered that the piston rotor is easy to balance. The unit is also simpler and cheaper to build than a reciprocating compressor. After all, it does not have a crankshaft or a connecting rod.

25 Paineilmakäytössä on keksinnön mukaisella laitteella vielä joitain merkittäviä etuja nykyisiin laitteisiin verrattuna. Haitallinen tila - luistimen aukon tilavuus -on erittäin pieni eli huomattavasti pienempi kuin vastaavan mäntäkompressorin, millä on huomattava merkitys 30 etenkin suurilla painesuhteilla. Myös etenkin toisioroottorin laakereiden rasittuminen on vähäistä, jos kompressorissa on kaksi mäntäroottoria ja yksi toisioroottori yhteistoiminnassa. Lisäksi vuotohäviöitä ei laitteessa ole, koska se on tiivistettävissä kokonaisuudessaan.In compressed air use, the device according to the invention still has some significant advantages over current devices. The detrimental condition - the volume of the opening of the skate - is very small, i.e. considerably smaller than that of the corresponding reciprocating compressor, which is of considerable importance, especially at high pressure ratios. The stress on the bearings of the secondary rotor in particular is also small if the compressor has two piston rotors and one secondary rotor in cooperation. In addition, there are no leakage losses in the device because it can be sealed in its entirety.

35 Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti35 The invention will now be described in detail

IIII

3 80128 oheisiin piirustuksiin viittaamalla.3 80128 with reference to the accompanying drawings.

Kuvio 1 on pituusleikkaus keksinnön pneumatiikan sovellu-tusmuodosta linjaa E-E pitkin,Figure 1 is a longitudinal section of an embodiment of the pneumatics of the invention along the line E-E,

Kuvio 2 on leikkaus kuvion 1 linjaa F-F pitkin, 5 Kuviot 1-2 esittävät keksinnön peruskonstruktiota kompressorina, joka soveltuu erityisen hyvin suurpaineisen väliaineen käsittelyyn. Se muodostuu muuttuvaulkosäteisestä akseloidusta (2) mäntäroottorista (1), joka pyörii pyö-reässä sylinterissä (5) mäntäroottorin (1) maksimisäteen 10 kohdan toimiessa tiivistyskohtana (9) mäntäroottorin (1) ja sylinterin (5) välillä. Sylinteriin (5) avautuvassa toisessa samanakselisessa sylinterissä (11) pyörii mäntä-roottoriin (1) tahdistettuna toisioroottori (3), jonka akseli (4) pyörii kuvion tapauksessa puoli kierrosta, kun 15 mäntäroottori (1) pyörii täyden kierroksen. Toisiorootto-rin (3) tiivistyskohta (12) huolehtii mäntäroottorin (1) ja toisioroottorin (3) välisestä tiivistyksestä imu- ja puristusvaiheen aikana. Roottoreiden (1, 3) päädyt toimivat päädyn (24) tiivistyskohtana. Lisäksi kuvioihin on 20 merkitty imutila (17), jonne ilma virtaa imuaukosta (7). Roottorit (1, 3) ja sylinteri (5) erottavat kammion (16) imutilasta (17).Figure 2 is a section along the line F-F in Figure 1. Figures 1-2 show the basic construction of the invention as a compressor, which is particularly well suited for the treatment of high-pressure media. It consists of a variable outer radius axial (2) piston rotor (1) which rotates in a circular cylinder (5) with a maximum radius 10 of the piston rotor (1) acting as a sealing point (9) between the piston rotor (1) and the cylinder (5). In the second coaxial cylinder (11) opening into the cylinder (5), a secondary rotor (3) rotates in synchronism with the piston rotor (1), the shaft (4) of which in the figure rotates half a revolution when the piston rotor (1) rotates a full revolution. The sealing point (12) of the secondary rotor (3) takes care of the sealing between the piston rotor (1) and the secondary rotor (3) during the suction and compression phase. The ends of the rotors (1, 3) act as a sealing point for the end (24). In addition, the suction space (17) is indicated in the figures, to which air flows from the suction opening (7). The rotors (1, 3) and the cylinder (5) separate the chamber (16) from the suction space (17).

Alkuhetkellä mäntäroottorin (1) maksimisäteen kohta, joka samalla on sylinterin (5) tiivistyskohta (9), on 25 imuaukon (7) kohdalla ja toisioroottori (3) on asennossa, jossa sen toinen vakiosäteinen kehän osa on avoinna kammioon (16). Toisioroottorissa (3), joka on muotoiltu siten, ettei se missään kiertoprosessin vaiheessa ole mäntäroottorin (1) tiellä, sijaitsee tiivistyskohta (12), 30 joka toimii puristus tai työvaiheessa tiivistyskohtana mäntä- ja toisioroottorin (1, 3) välillä, mikä on mahdollista sylintereiden (5, 11) keskinäisen koon ja mäntäroottorin (1) nokan (6) korkeuden, pituuden ja muotoilun oikeaoppisella valinnalla. Tällöin roottorit (l, 3) 35 pyörivät vakionopeudella, jolloin tahdistus voidaan esimerkiksi toteuttaa hammaspyörien avulla.Initially, the point of maximum radius of the piston rotor (1), which is also the sealing point (9) of the cylinder (5), is at the suction opening (7) and the secondary rotor (3) is in a position where its second constant radius circumferential part is open into the chamber (16). The secondary rotor (3), which is shaped so that it is not in the way of the piston rotor (1) at any stage of the rotation process, has a sealing point (12) which acts as a compression point during the compression or operation step between the piston and secondary rotor (1, 3). (5, 11) with the correct selection of the mutual size and the height, length and design of the cam (6) of the piston rotor (1). In this case, the rotors (1, 3) 35 rotate at a constant speed, whereby the synchronization can be carried out, for example, by means of gears.

* 80128* 80128

Lisäksi toisioroottorin (3) nurkkien tiivistyskohdat suorittavat sylinterin (11) tiivistyksen. Roottorit (1, 3) alkavat pyöriä myötäpäivään, jolloin ilmaa alkaa puristua kammioon (16) ja uutta ilmaa virrata sylinte-5 rin (5) imutilaan (17). Koko puristusvaiheen ajan toimii toisioroottorin (3) vakiosäteinen kehä kammion (16) yhtenä rajapintana sekä tiivistyspintana toisioroottorin (3) ja sylinterin (11) välillä. Samalla toisioroottori (3) liikkuu nokan (6) tieltä. Hetkellä, jolloin haluttu 10 painesuhde on saavutettu avautuu sylinterin (5) päädyssä oleva aukko (21) kammioon (16) toisioroottorin (3) päädyissä olevan aukon (22) pyöriessä aukon (21) kohdalle. Tällöin paineistettu väliaine poistuu aukosta (21), kunnes mäntäroottorin (1) maksimisäteen kohdan tultua 15 toisioroottorin (3) tiivistävän pinnan kohdalle sulkeutuu aukko (21) toisioroottorin (3) päätyjen sulkiessa sen. Mäntäroottorin (1) tiivistyskohdan (9) pituus on vähintään sama kuin aukon (22) pituus, jotta paineistettu väliaine ei pääse virtaamaan takaisin mäntäroottorin (1) takaa, 20 vaan nyt mäntäroottori (1) sulkee aukon (22) tarvittavaksi ajaksi. Mäntäroottorin (1) ja toisioroottorin (3) väliseen tiivistykseen on laitteessa tiivistyskohta (12). Roottoreiden (1, 3) päädyissä on päädyn (24) tiivistyskohta.In addition, the sealing points at the corners of the secondary rotor (3) perform the sealing of the cylinder (11). The rotors (1, 3) begin to rotate clockwise, at which point air begins to compress in the chamber (16) and new air flows into the suction space (17) of the cylinder (5). Throughout the compression phase, the constant radius circumference of the secondary rotor (3) acts as one interface of the chamber (16) and as a sealing surface between the secondary rotor (3) and the cylinder (11). At the same time, the secondary rotor (3) moves out of the way of the cam (6). At the moment when the desired pressure ratio 10 is reached, the opening (21) at the end of the cylinder (5) opens into the chamber (16) as the opening (22) at the ends of the secondary rotor (3) rotates at the opening (21). In this case, the pressurized medium leaves the opening (21) until after the maximum radius of the piston rotor (1) has reached the sealing surface of the secondary rotor (3), the opening (21) closes when the ends of the secondary rotor (3) close it. The length of the sealing point (9) of the piston rotor (1) is at least equal to the length of the opening (22) to prevent the pressurized medium from flowing back behind the piston rotor (1), but now the piston rotor (1) closes the opening (22) for the required time. For sealing between the piston rotor (1) and the secondary rotor (3), the device has a sealing point (12). The ends of the rotors (1, 3) have a sealing point for the end (24).

25 Edellä esitetyn esimerkin monet yksityiskohdat voidaan luonnollisesti toteuttaa monin eri tavoin. Esimerkiksi pyörivä luisti voidaan yhdistää mäntäroottorin (1) : akselille (2) ja sijoittaa sylinterin (5) ulkopuolelle.25 Many of the details of the example above can, of course, be implemented in many different ways. For example, a rotating slide can be connected to the piston rotor (1): shaft (2) and placed outside the cylinder (5).

Samoin nokassa (6) voi tarvittaessa olla myös paisunta-30 puolta vastaava osa. Muita keksinnön käyttösovellutuksia ovat esimerkiksi pumppu, tyhjöpumppu, puhallin sekä paineilma- ja painenestemoottori ja painepesuri.Similarly, the cam (6) may also have a part corresponding to the expansion-30 side, if necessary. Other applications of the invention include, for example, a pump, a vacuum pump, a fan, and an air and pressure fluid motor and pressure washer.

Esitetyt keksinnön sovellutusesimerkit on selitetty vain keksinnön havainnollistamiseksi, eivätkä ne muodosta 35 mitään rajoitusta, koska yksityiskohdat, jotka eivät ole tarpeen keksinnön ymmärtämiseksi, on selvyyden vuoksi jätetty pois. Näitä ovat esimerkiksi jäähdytyskanavat,The embodiments of the invention shown are described for illustrative purposes only and do not constitute any limitation, as details which are not necessary for an understanding of the invention have been omitted for the sake of clarity. These include cooling ducts,

IIII

5 80128 hammaspyörät, tiivisteet ja akseleiden laakerit. Keksintöä ei rajoiteta esitettyihin rakennemuotoihin, vaan siihen kuuluu kaikki, mikä sisältyy seuraavien patenttivaatimusten ulottuvuuteen.5 80128 Gears, seals and shaft bearings. The invention is not limited to the embodiments shown, but includes everything within the scope of the following claims.

Claims

A rotary piston machine in whose intersecting axially parallel circular cylinders (5, 11) rotate in parallel with each other synchronized a piston rotor (1) consisting of a body with varying outer radius, whose radius maximum serves as a sealing surface (9) between the piston rotor (1) and cylinders (5), and at least one secondary rotor (3) operating in intimate interaction with the piston rotor (1), and sealing a chamber (16) against a suction chamber (17) during the compressive and / or working rate; and the cylinder (5) has at least one opening for timely media flows, characterized in that the sealing point (12) or points of the seal between the piston and secondary rotors (1, 3) are at the same location in the secondary rotor (3) during the compression and / or operating rate, wherein the peripheral of the secondary rotor (3) with a constant radius all acts as an interface for the chamber (16) and that the rotational speed of the secondary rotor (3) is half the rotational speed of the piston rotor.

2. Device according to claim 1, characterized in that two or more piston rotors (1) are provided with a secondary rotor (3).

Device according to claims 1-2, characterized in that the sealing of the chamber (16) has been accomplished by means of maze or other seals provided at the rotors (1, 3) and / or the cylinder d1).

Device according to claims 1-3, characterized in that the cylinder (5) is open over part of its periphery, whereby in front of the core (6) is formed by speed differential caused by negative pressure which for its part reduces the power requirement.

Device according to claims 1-4, characterized in that the piston rotor (1) has two or more chambers (6). Il 9 80128

Device according to claims 1-5, characterized in that in the cylinder (5) an opening or openings opens, by means of which the compression and expansion ratio and / or media flows are regulated.

Device according to claims 1-6, characterized in that the secondary rotor (3) is designed to be in intimate cooperation with the piston rotor during the time when the piston rotor (1) passes the secondary rotor (3).

Device according to claims 1-7 characterized in that the synchronization has been accomplished with synchronization wheels,