RU2097602C1

RU2097602C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2097602C1
Application number: RU94037841/06A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Курочкин
Original assignee: Андрей Геннадьевич Курочкин
Priority date: 1994-10-10
Filing date: 1994-10-10
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU94037841A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; pumps and engines. SUBSTANCE: machine has housing with cylindrical bore and working medium inlet and outlet channels, stator ring installed coaxially in housing, rotor with diametric shaped slots installed eccentrically in housing and rods fitted in slots and provided with separating plates on ends installed for contact with working surface of stator ring by their contact surfaces made on peripheral sections and for radial displacement in rotor slots and forming of working chambers in stator ring. Both ends of each rod are rigidly connected with adjacent plates. Inner surface of stator ring is made in form of polyhedron coaxial with its outer surface, with number of working faces equal to number of plates. Length of faces is made to condition L > 2•E+T where L is length of working face of polyhedron; E is eccentricity of rotor relative to stator ring; T is width of contact surface of plate radial end. Each diametric slot in rotor has width exceeding thickness of separating plate, and grooves are made in both side walls of slot from periphery side lengthwise the slot in form of semi-circle in cross section. Sealing rods of the same shape and manufactured of antifriction material are installed in grooves. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в насосо- и двигателестроении. The invention relates to mechanical engineering and can be used in pump and engine manufacturing.

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). A rotary machine comprising a cylindrical housing with a cylindrical stator ring concentrically mounted in bearings is known, a cylindrical rotor is installed inside it with an eccentricity, in the radial grooves of which are spring-loaded plates touching the inner surface of the stator ring (DE, patent N 3315571, class 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. The disadvantages of this machine are high losses of friction of the plates on the stator ring and rotor, large leaks of the working medium along the ridges of the plates due to linear contact, as well as a large specific gravity and radial dimensions, dictated by the need to limit the ejection of the plates from the rotor grooves according to jamming conditions.

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). Closest to the invention is a rotary machine containing a housing with a cylindrical bore and channels for supplying and discharging a working medium, and a stator ring coaxially mounted in the housing. A rotor is installed inside it with an eccentricity, with diametrically profiled grooves and rods placed in them with dividing plates at the ends, with the possibility of radial movement in the rotor grooves and the formation of working chambers in the stator ring (SU, auth. St. N 1665047, class F 01 C 1/344, 1991).

В этой конструкции уменьшены удельная масса и габариты, снижены потери на трение пластин о ротор. In this design, the specific gravity and dimensions are reduced, the friction losses of the plates on the rotor are reduced.

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. The disadvantage of this design is still the high friction losses of the separation plates and rods on the stator ring. The construction work is accompanied by increased noise “rumble” from the relocation of the rods due to the hysteresis of their movement in a kinematically non-closed circuit, and increased local wear of the stator ring for the same reason, leading to an increase in leakage. As well as the high cost of manufacturing a rotary machine due to the high accuracy required when performing diametrical grooves in the rotor for rods and plates.

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. The technical result of the invention eliminating noise during operation of the rotor machine, local wear of the stator ring, reducing leakage of the working medium and reducing friction losses, increasing the manufacturability of manufacturing the rotor machine and reducing the cost of its manufacture by lowering the requirements for the accuracy of the diametrical grooves in the rotor.

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 > 2•E + T
где L длина рабочей грани многогранника;
E эксцентриситет установки ротора относительно статорного кольца;
T ширина контактной поверхности радиального конца пластины.This is achieved by the fact that both ends of each rod are rigidly connected to adjacent plates, and the inner surface of the stator ring is made in the form of a polyhedron coaxial with its outer surface, with the number of working faces equal to the number of plates, while the length of the faces is made with the condition
L> 2 • E + T
where L is the length of the working face of the polyhedron;
E the eccentricity of the installation of the rotor relative to the stator ring;
T is the width of the contact surface of the radial end of the plate.

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. A rigid connection of the rod with the plates leads to the implementation of a kinematically closed mechanism and the hysteresis of the movement of the parts of the mechanism is eliminated, which excludes the possibility of impacts when shifting the rods and the noise and wear associated with them. An additional effect is the mutual balancing, through a rigid connection with the rod, of centrifugal forces from opposing plates, which significantly reduces friction losses, since centrifugal forces from the plate in the closest analogue create the largest share of friction losses. An additional reduction in friction losses occurs due to the mutual compensation of the Coriolis and inertial forces with the tangential pressure force of the working medium on the plates.

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. Improving the manufacturability of manufacturing a rotor machine and reducing the cost of its manufacture is achieved by the fact that each diametrical groove in the rotor is made with a width exceeding the thickness of the separation plate and in both its side walls, on the peripheral side, grooves are made along the groove in the cross section in the form of a semicircle, in which are installed sealing rods having the same shape and made of antifriction material.

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. Sealing rods have the ability to self-install during operation and to compensate for all inaccuracies in the manufacture of the rotor. Due to this, the requirements on the accuracy of the diametrical grooves in the rotor are reduced.

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. In FIG. 1 shows a rotary machine, a cross section; in FIG. 2 is a view of the sealing rods shown in operating position with exaggerated deviations of the grooves from the nominal location.

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. The rotary machine comprises a housing 1 with a cylindrical bore and channels 2 for supplying and discharging a working medium located in the side covers of the housing. A stator ring 3 is coaxially mounted in the housing 1, the inner surface of which is made in the form of a polyhedron coaxial with its outer surface with the number of working faces 4 equal to the number of dividing plates 4, 5. In the housing 1, the rotor 6 is eccentrically mounted with diametrical profiled grooves 7 and placed in them rods 8, both ends of which are rigidly connected to adjacent to the dividing plates 5, touching the working faces 4, the stator ring 3 contact surfaces 9 made in the peripheral areas. The plates have the possibility of radial movement in the grooves 7 of the rotor 6 and the formation in the stator ring 3 of the working chambers 10. Each diametrical groove 7 in the rotor 6 is made with a width exceeding the thickness of the dividing plate 5 and grooves are made along the groove on the peripheral side along the groove 11, in cross section having the shape of a semicircle, into which the sealing rods 12 are installed, having the same shape and made of antifriction material.

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. When starting the rotary machine, by rotating the rotor 6, the lateral surfaces of the grooves 7 transmit torque to the plates 5, pairwise connected together by the rods 8. The plates come into rotation and the contact surfaces 9 press on the working faces 4 of the stator ring 3, which prevents the rotation of the plates ( figure 1). A pair of forces is realized on the contact surfaces 9 of the opposing plates, the axis of action of which is spaced by an amount equal to the width of the contact surface 9. This pair of forces transmits torque to the stator ring 3, which starts to rotate at an angular speed equal to the angular velocity of the rotor 6. When the plate 5 rotates, move along the working faces 4, with a large outreach from the grooves 7, ahead of the stator ring, behind a small outreach. Thus, the relative reciprocating movement of each plate 5 within its working face 4 and the change in the volume of the working chambers 10 are realized. Similarly, the rotary machine also works when starting from the stator ring 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.When the rotor 6 rotates, the centrifugal force F _c acts on the sealing rods 12, pressing the rods 12 against the peripheral wall of the groove 11. The reaction force of the groove wall 11 due to its shape, having a semicircle in the cross section, has a component F _p that is directed perpendicular to the groove axis 7 and presses the sealing rod 12 against the dividing plate 5. Thus, the gap between the wall of the groove 7 and the plate 5 is sealed. When the plate 5 is located in the groove 7 with a bias (Fig. 2), the sealing rods 12 rotate about their axis in a semicircular canal Application 11 so that always relate to the flat side of the plate 5. Due to this, the sealing rods 12 in the work are adapted to the position of the plates 5, tracking their position relative to the groove 7. The forces necessary for the rotation of the sealing rods 12 are created by the plates 5 when they change their position relative to the groove 7. The sealing rods 12 are made of antifriction material, for example, bronze , to reduce friction losses. This allows the rotor itself to be made from another, cheaper material, which further reduces the cost of its manufacture.

Claims

A rotor machine comprising a housing with a cylindrical bore, channels for supplying and discharging the working medium located in the side covers of the housing, coaxially mounted in the housing, in the rotation support, a stator ring eccentrically mounted in the housing, in the rotation support, a rotor with diametrically profiled grooves at the ends, installed with the possibility of touching the working surface of the stator ring with contact surfaces made in the peripheral areas, and the possibility of radial movement in the grooves of the rotor and education in tator ring of working chambers, characterized in that both ends of each rod are rigidly connected to adjacent dividing plates, and the inner working surface of the stator ring is made in the form of a polyhedron coaxial with its outer surface with the number of working faces equal to the number of dividing plates, and their length, made with the condition
L> 2 • E + T,
where L is the length of the working face of the polyhedron;
E the eccentricity of the installation of the rotor relative to the stator ring;
T is the width of the contact surface of the radial end of the plate,
each diametrical groove in the rotor is made wider than the thickness of the separation plate, and grooves are made in both its lateral walls on the peripheral side along the groove, having the shape of a semicircle in the cross section, into which sealing rods are installed having the same shape and made of antifriction material.