RU2037660C1

RU2037660C1 - Rotor machine of multiple action

Info

Publication number: RU2037660C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Грехов
Original assignee: Грехов Анатолий Николаевич
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: stator plates are placed in its slots made with an angular step. A coaxially set up rotor with protrusions contacts with the face covers and plates. Inlet and outlet windows are located between the protrusions. The number of plates is equal to the double number of protrusions increased by a unit. The central angle limiting every bridge between the windows is equal to that between the plates. The sum of the central angles limiting each window in the rotor is equal to the central angle between the plates located in the cover slots. EFFECT: facilitated manufacture. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных отраслях машиностроения в качестве гидроагрегата гидрообъемных трансформаторов для привода ведущих колес в автомобильном и железнодорожном транспорте, а также в качестве насоса, гидромотора, компрессора и паровой машины. The invention relates to mechanical engineering and can be used in various branches of mechanical engineering as a hydraulic unit of hydrostatic transformers for driving drive wheels in automobile and railway transport, as well as as a pump, hydraulic motor, compressor and steam engine.

Известны объемные пластинчатые машины, например, двукратного действия, содержащие статор с выступами и соосно установленный ротор с пластинами, размещенными в его пазах с некоторым угловым шагом. Между статором и ротором образована рабочая полость, разделенная пластинами на рабочие камеры. Каждый выступ статора у этих машин имеет значительный объем относительно объема каждой рабочей камеры, т.е. объем каждого выступа таков, что он способен вытеснить весь объем рабочей среды каждой рабочей камеры или большую ее часть без контакта вершины выступа с ротором. Между вершинами выступов статора попарно выполнены впускные и выпускные окна, причем каждое из этих окон и каждая перемычка между ними ограничены центральными углами, большими углового шага между пластинами (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. M. Машиностроение, 1974, с. 284). Known volume plate machines, for example, double-acting, containing a stator with protrusions and a coaxially mounted rotor with plates placed in its grooves with a certain angular pitch. A working cavity is formed between the stator and the rotor, divided by plates into working chambers. Each stator protrusion of these machines has a significant volume relative to the volume of each working chamber, i.e. the volume of each protrusion is such that it is able to displace the entire volume of the working medium of each working chamber or most of it without contacting the top of the protrusion with the rotor. Inlet and outlet windows are made in pairs between the vertices of the stator protrusions, each of these windows and each jumper between them being bounded by central angles greater than the angular step between the plates (Bashta, T.M. Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems. M. Mechanical Engineering, 1974, p. . 284).

Ввиду того, что центральные углы, ограничивающие перемычки между впускными и выпускными окнами, у этих машин больше центрального угла между пластинами в некоторых положениях ротора часть пластин в преобразовании энергии не участвует, а только запирает рабочую среду в замкнутом объеме, так как в некоторых положениях ротора каждой перемычки между впускными и выпускными окнами одновременно касаются две пластины, а для полноценного выполнения функции этими машинами необходимо и достаточно, чтобы в любом положении ротора каждой перемычки касалась только одна пластина. Не участвуют в преобразовании энергии и пластины, находящиеся в пределах впускных и выпускных окон, так как давление рабочей среды по ту и другую сторону каждой из этих пластин одно и тоже. А так как в этих машинах впускные и выпускные окна выполнены в пределах слишком большого центрального угла, то в границах расположения впускных и выпускных окон одновременно находится несколько пластин, которые не участвуют в преобразовании энергии. При этом число пластин у известных машин слишком велико, что снижает их КПД и повышает износ профилированной поверхности статора, сокращая при этом срок службы машины. Due to the fact that the central angles that limit the jumpers between the inlet and outlet windows, these machines have more than the central angle between the plates in some positions of the rotor, some of the plates do not participate in energy conversion, but only locks the working medium in a closed volume, since in some positions of the rotor each jumper between the inlet and outlet windows is simultaneously touched by two plates, and for the full-fledged performance of the function by these machines, it is necessary and sufficient that in any position of the rotor of each jumper to Only one plate was missing. The plates located within the inlet and outlet windows do not participate in energy conversion, since the pressure of the working medium on either side of each of these plates is the same. And since in these machines the inlet and outlet windows are made within a too large central angle, there are several plates at the same time within the boundaries of the inlet and outlet windows that do not participate in energy conversion. Moreover, the number of plates of known machines is too large, which reduces their efficiency and increases the wear of the profiled surface of the stator, while reducing the life of the machine.

Известна пластинчатая машина многократного действия, содержащая статор с пластинами, размещенными в его пазах, выполненных с угловым шагом и соосно установленный ротор с выступами, между которыми расположены впускные и выпускные окна. Число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на три. Центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами (авт. св. N 632830, кл. F 04 C 2/344, 1975). Known multiple-plate machine containing a stator with plates placed in its grooves, made with an angular pitch and coaxially mounted rotor with protrusions, between which are located the inlet and outlet windows. The number of plates is equal to twice the number of protrusions of the rotor, increased by three. The central angle bounding each jumper between the inlet and outlet windows is equal to the central angle between the plates (ed. St. N 632830, class F 04 C 2/344, 1975).

Машина имеет чрезмерно большое число пластин относительно числа выступов ротора, так как оно равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на три. В этом случае при каждой перемычке между впускными и выпускными окнами, ограниченной центральным углом, равным центральному углу между пластинами, сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, больше центрального угла между пластинами. Кроме того излишнее число пластин усложняет конструкцию машины. The machine has an excessively large number of plates relative to the number of rotor protrusions, since it is equal to twice the number of rotor protrusions, increased by three. In this case, with each jumper between the inlet and outlet windows, limited by a central angle equal to the central angle between the plates, the sum of the central angles limiting each inlet and outlet window is greater than the central angle between the plates. In addition, the excessive number of plates complicates the design of the machine.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гидроколесо, содержащее соединенный с торцовыми крышками статор с пластинами, размещенными радиально в его пазах, выполненных с угловым шагом и соосно установленный и контактирующий с торцовыми крышками и пластинами ротор с выступами и расположенными между ними впускными и выпускными окнами, причем каждый выступ ротора имеет такой объем, при котором происходит полное вытеснение рабочей среды из каждой рабочей камеры без контакта вершины выступа ротора со статором. Число пластин равно учетверенному числу выступов ротора. Центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, расположенную между выступами ротора, в несколько раз больше центрального угла между пластинами. Closest to the invention in technical essence is a hydro-wheel containing a stator connected to the end caps with plates placed radially in its grooves, made with an angular pitch and coaxially mounted and in contact with the end caps and plates, a rotor with protrusions and inlet and outlet windows located between them moreover, each protrusion of the rotor has such a volume at which there is a complete displacement of the working medium from each working chamber without contact of the tip of the protrusion of the rotor with the stator. The number of plates is equal to four times the number of protrusions of the rotor. The central angle that bounds each jumper between the inlet and outlet windows, located between the protrusions of the rotor, is several times larger than the central angle between the plates.

Однако эта машина имеет низкий КПД, слишком сложна, а так же ненадежна и недолговечна. However, this machine has a low efficiency, is too complicated, as well as unreliable and short-lived.

Целью изобретения является устранение этих недостатков и повышение КПД. The aim of the invention is to eliminate these disadvantages and increase efficiency.

Это достигается за счет того, что в роторной машине многократного действия, содержащей соединенный с торцовыми крышками статор с пластинами, размещенными в его пазах, выполненных с угловым шагом, и соосно установленный и контактирующий с торцовыми крышками и пластинами ротор с выступами и с расположенными между ними впускными и выпускными окнами, число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, а центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами, причем сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно в роторе, равна центральному углу между пластинами, размещенными в пазах торцовых крышек. This is achieved due to the fact that in a rotary machine with multiple actions, comprising a stator connected to the end caps with plates placed in its grooves made with an angular pitch, and a rotor coaxially mounted and in contact with the end caps and plates, with protrusions and with interposed between them the inlet and outlet windows, the number of plates is equal to twice the number of rotor protrusions, increased by one, and the Central angle limiting each jumper between the inlet and outlet windows is equal to the Central angle ezhdu plates, wherein the sum of central angles restricting each inlet and outlet port in the rotor, is equal to the central angle between the plates placed in the grooves of end caps.

На фиг. 1 изображена роторная машина многократного действия, поперечный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 гидромотор-колесо, продольный разрез; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3. In FIG. 1 shows a rotary machine of multiple action, a cross section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 hydraulic motor-wheel, longitudinal section; in FIG. 4 a section BB in FIG. 3.

Роторная машина многократного действия содержит цилиндрическое статорное кольцо 1, жестко соединенное с торцовыми крышками 2, и жестко соединенный с центральным валом 3, плотно прилегающий к торцовым крышкам центральный ротор 4 с выступами 5, число К которых равно двум. В пазах 6 статорного кольца и в пазах 7 торцовых крышек размещены пластины 8, Z число которых равно удвоенному числу выступов 5, увеличенному на единицу, т.е. Z2K + 1 5, а расположены они с угловым шагом β 72. Пластины 8 разделяют рабочую полость, образующуюся между статорным кольцом 1, ротором и торцовыми крышками на рабочие камеры 9. The multiple-action rotor machine contains a cylindrical stator ring 1, rigidly connected to the end caps 2, and rigidly connected to the central shaft 3, central rotor 4 with protrusions 5 tightly adjacent to the end caps, the number K of which is two. Plates 8 are placed in the grooves 6 of the stator ring and in the grooves 7 of the end caps, Z the number of which is equal to twice the number of protrusions 5, increased by one, i.e. Z2K + 1 5, and they are located with an angular pitch β 72. The plates 8 divide the working cavity formed between the stator ring 1, the rotor and the end caps into working chambers 9.

В теле ротора 4 выполнены кольцевые полости 10 и 11. Кольцевая полость 10 связана с рабочим камерами 9 впускными окнами 12, а кольцевая полость 11 выпускными окнами 13. Впускные и выпускные окна 12, 13 расположены попарно в роторе 4 между вершинами выступов 5. Каждая из перемычек 14 и 15 между впускными и выпускными окнами 12 и 13 ограничена центральным углом σ, равным центральному углу β между пластинами, причем перемычки 14 совмещены с вершинами выступов 5 ротора 4. Кольцевая полость 10 через входное окно 16 в торцовой крышке соединяется с питающей линией машины, а кольцевая полость 11 через выходное окно 17 в другой торцевой крышке с отводящей линией. In the body of the rotor 4, annular cavities 10 and 11 are made. The annular cavity 10 is connected to the working chambers 9 by the inlet windows 12, and the annular cavity 11 by the outlet windows 13. The inlet and outlet windows 12, 13 are arranged in pairs in the rotor 4 between the tops of the protrusions 5. Each of jumpers 14 and 15 between the inlet and outlet windows 12 and 13 are limited by a central angle σ equal to the central angle β between the plates, and the jumpers 14 are aligned with the vertices of the protrusions 5 of the rotor 4. The annular cavity 10 is connected to the feed line of the machine through the inlet window 16 in the end cap us, and the annular cavity 11 through the exit port 17 in the other end cap with the outlet line.

При этом каждое впускное и выпускное окна 12, 13 ограничены центральным углом ε 18, сумма которых равна угловому шагу между пластинами 8, т.е. 4 ε 72 β. Гидромотор колеса, представленный на фиг. 3, 4, отличается от примера машины на фиг. 1, 2; тем, что входной канал 16 и выходные каналы 17, 18 выполнены в теле вала 3. А для регулировки радиально-упорных подшипников, на которых установлен вал 3, этот гидромотор снабжен регулировочными гайками 19, закрытыми крышкой 20. Moreover, each inlet and outlet windows 12, 13 are limited by a central angle ε 18, the sum of which is equal to the angular pitch between the plates 8, i.e. 4 ε 72 β. The wheel motor shown in FIG. 3, 4 differs from the example of the machine in FIG. 12; the fact that the input channel 16 and the output channels 17, 18 are made in the body of the shaft 3. And to adjust the angular contact bearings on which the shaft 3 is mounted, this hydraulic motor is equipped with adjusting nuts 19, closed by a cover 20.

Учитывая необходимость реверсирования предложенного гидромотора, пластины 8 установлены радиально. Непосредственно на статорное кольцо 1 и торцовые крышки 2 гидромотора могут быть установлены ободы (на фиг. 3 показаны штриховой линией) для монтажа автошины или обод железнодорожного колеса. Given the need to reverse the proposed hydraulic motor, the plate 8 is mounted radially. Directly on the stator ring 1 and the end caps 2 of the hydraulic motor can be installed rims (in Fig. 3 are shown by a dashed line) for mounting a tire or a rim of a railway wheel.

Предлагаемая машина работает следующим образом. The proposed machine operates as follows.

При вращении ротора 4 среда через входное окно 16 поступает в кольцевую полость 10, затем из нее через впускные окна 12 в рабочие камеры 9, из которых, вытесняясь выступами 5 ротора 4, через выпускные окна 13 поступает в кольцевую полость 11, а оттуда через выходное окно 17 (18) в магистраль. When the rotor 4 rotates, the medium through the inlet window 16 enters the annular cavity 10, then from it through the inlet windows 12 into the working chambers 9, from which, being displaced by the protrusions 5 of the rotor 4, through the outlet windows 13 it enters the annular cavity 11, and from there through the outlet window 17 (18) to the highway.

При работе машины в качестве гидромотора среда, оказывающая давление на выступ 5 в рабочих камерах 9, приводит во вращательное движение ротор 4. When the machine is operating as a hydraulic motor, the medium exerting pressure on the protrusion 5 in the working chambers 9 causes the rotor 4 to rotate.

У предложенной машины минимально необходимое число пластин при центральном угле, ограничивающем каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равно центральному углу между пластинами, которое является необходимым и вполне достаточным числом пластин, т.е. оптимальным. Это достигается за счет того, что у предложенной машины число пластин равно удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, а центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами. При этом следует иметь в виду, что если у машины центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами, то суммарный угол центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, неизбежно кратный угловому шагу между пластинами. В предложенной машине он равен только одному угловому шагу пластин, т.е. кратность его минимальна. Поэтому и число пластин у предложенной машины является минимально необходимым. The proposed machine has the minimum required number of plates with a central angle that limits each jumper between the inlet and outlet windows, equal to the central angle between the plates, which is a necessary and quite sufficient number of plates, i.e. optimal. This is achieved due to the fact that the proposed machine the number of plates is equal to twice the number of protrusions of the rotor, increased by one, and the Central angle limiting each jumper between the inlet and outlet windows is equal to the Central angle between the plates. It should be borne in mind that if the machine has a central angle that borders each jumper between the inlet and outlet windows, equal to the central angle between the plates, then the total angle of the central angles that bound each inlet and outlet window is inevitably a multiple of the angular pitch between the plates. In the proposed machine, it is equal to only one angular step of the plates, i.e. its multiplicity is minimal. Therefore, the number of plates of the proposed machine is the minimum necessary.

За счет того, что у предложенной машины число пластин относительно числа выступов ротора меньше, чем у известной, снижаются затраты энергии на преодоление силы трения между пластинами и ротором, а также и другими контактирующими с ними поверхностями. При этом повышается КПД, надежность и долговечность машины. Due to the fact that the proposed machine the number of plates relative to the number of protrusions of the rotor is less than that of the known, reduced energy costs to overcome the friction force between the plates and the rotor, as well as other surfaces in contact with them. This increases the efficiency, reliability and durability of the machine.

Кроме того, поскольку сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно в роторе и центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равны центральному углу между пластинами, при максимально возможной ширине окон сопротивление во впускных и выпускных окнах наименьшее, какое возможно при таком числе пластин относительно числа выступов ротора, как у предложенной машины, так как центральные углы, ограничивающие впускные и выпускные окна, имеют наибольшие значения, какие возможны при таком числе пластин относительно числа выступов ротора, как у предложенной машины. In addition, since the sum of the central angles limiting each inlet and outlet window in the rotor and the central angle limiting each jumper between the inlet and outlet windows are equal to the central angle between the plates, with the maximum width of the windows, the resistance in the inlet and outlet windows is the smallest possible with such a number of plates relative to the number of rotor protrusions, as in the proposed machine, since the central angles restricting the inlet and outlet windows have the greatest values that are possible with such a number of plates relative to the number of protrusions of the rotor, as in the proposed machine.

В предложенной машине с каждой перемычкой между впускными и выпускными окнами контактирует только одна пластина и только одна из пластин находится против какого-то одного из впускных или выпускных окон. При этом все пластины, кроме только какой-либо одной из них, находящейся в любом положении ротора против одного из впускных или выпускных окон, принимают участие в преобразовании энергии. In the proposed machine, with each jumper between the inlet and outlet windows, only one plate contacts and only one of the plates is opposed to any one of the inlet or outlet windows. Moreover, all the plates, except only one of them, located in any position of the rotor against one of the inlet or outlet windows, take part in the conversion of energy.

Для доказательства оптимальности выполнения впускных и выпускных окон в совокупности с перемычками между ними рассмотрены следующие случаи. Если сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, будет больше центрального угла между пластинами при числе пластин, равном удвоенному числу выступов ротора, увеличенном на единицу, то все перемычки (т.е. каждая из них) или по крайней мере отдельные из них будут меньше центрального угла между пластинами. Но в этом случае в некоторых положениях ротора полость высокого давления будет сообщаться через впускное и выпускное окно с полостью низкого давления. В результате этого снизится КПД машины. To prove the optimality of the intake and exhaust windows, in conjunction with the jumpers between them, the following cases are considered. If the sum of the central angles limiting each inlet and outlet window is greater than the central angle between the plates with the number of plates equal to twice the number of rotor protrusions increased by one, then all jumpers (i.e., each of them) or at least some of they will be less than the central angle between the plates. But in this case, in some positions of the rotor, the high-pressure cavity will communicate through the inlet and outlet port with the low-pressure cavity. As a result, the efficiency of the machine will decrease.

В случае, если сумма центральных углов, ограничивающих каждое впускное и выпускное окно, меньше центрального угла между пластинами, при числе пластин, равном удвоенному числу выступов ротора, увеличенному на единицу, то все перемычки (т.е. каждая или по крайней мере одни из них) будут больше центрального угла между пластинами, а все впускные и выпускные окна в роторе или соответственно отдельные (впускные или выпускные) из них при этом будут меньше возможных размеров и неоправданно сократятся их сечения, что приведет к увеличению сопротивления в этих окнах и снижению КПД машины. Отсюда, у предложенной машины обеспечивается оптимальное распределение рабочей среды при минимально необходимом числе пластин, за счет этого повышается КПД машины. If the sum of the central angles restricting each inlet and outlet window is less than the central angle between the plates, with the number of plates equal to twice the number of rotor protrusions increased by one, then all jumpers (i.e. each or at least one of them) will be greater than the central angle between the plates, and all inlet and outlet windows in the rotor or, accordingly, separate (inlet or outlet) of them will be smaller than possible sizes and their sections will be unreasonably reduced, which will lead to an increase in resistance niya in these windows and reduce the efficiency of the machine. Hence, the proposed machine provides optimal distribution of the working medium with the minimum required number of plates, thereby increasing the efficiency of the machine.

Кроме того, поскольку центральный угол, ограничивающий каждую перемычку между впускными и выпускными окнами, равен центральному углу между пластинами, возможна установка пластин не только в пазы статорного кольца, но и в пазы торцовых крышек, так как при размещении пластин в пазах статорного кольца и торцовых крышек рабочие камеры обладают высокой герметичностью и малейшее изменение изолированных от впускных и выпускных окон объемов рабочих камер неизбежно приводит к запиранию рабочей среды в них, что неотвратимо при центральном угле, ограничивающем перемычку, большем центрального угла между пластинами. In addition, since the central angle limiting each jumper between the inlet and outlet windows is equal to the central angle between the plates, it is possible to install the plates not only in the grooves of the stator ring, but also in the grooves of the end caps, since when placing the plates in the grooves of the stator ring and the end caps the lids of the working chambers are highly leakproof and the slightest change in the volumes of the working chambers isolated from the inlet and outlet windows inevitably leads to a locking of the working medium in them, which is inevitable with a central angle, granichivayuschem jumper greater central angle between the plates.

Благодаря размещению пластин в пазах статорного кольца и торцовых крышек повышается надежность и долговечность машины, и также расширяется область ее применения, так как при этом ее можно использовать вместо сложных и дорогостоящих аксиально-поршневых и радиально-поршневых гидромашин, т.к. предложенная машина отвечает тем требованиям по рабочему давлению, которые предъявляются к поршневым машинам, и в то же время она предельно проста и дешева в изготовлении. Thanks to the placement of the plates in the grooves of the stator ring and the end caps, the reliability and durability of the machine are increased, and the scope of its application is also expanded, since it can be used instead of complex and expensive axial piston and radial piston hydraulic machines, as the proposed machine meets the requirements for working pressure that apply to piston machines, and at the same time it is extremely simple and cheap to manufacture.

Claims

1. A rotary machine with multiple actions, comprising a stator connected to the end caps with plates placed in its grooves made with an angular pitch, and a rotor coaxially mounted and in contact with the end caps and plates, with protrusions and inlet and outlet windows located between them, characterized in that, in order to simplify the design, increase efficiency and increase reliability and durability, the number of plates is equal to twice the number of rotor protrusions, increased by one, and the Central angle, limiting each The jumper between the inlet and outlet windows is equal to the central angle between the plates.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the sum of the central angles limiting each inlet and outlet window in the rotor is equal to the central angle between the plates.

3. The machine according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the plates are placed in the grooves of the end caps.