RU2105884C1

RU2105884C1 - Rotary plate machine

Info

Publication number: RU2105884C1
Application number: RU96116611A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Донцов; В.Г. Донцов
Original assignee: Иркутский государственный технический университет
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; hydraulic machines, compressors or engines. SUBSTANCE: external rotor 2 coaxial with stator 1 is installed additionally in rotary plate machine. External and internal rotors 2 and 3 rotate at one angular velocity. Plates 5 are hinge mounted by one end on external rotor 2, and other end of plates slides freely in slots of inner rotor 3. Slots are made in additional members for deflecting from radial direction. EFFECT: reduced relative velocities, unloading of plates with elimination of wedging. 3 dwg

Description

Изобретение относится к роторным машинам, которые могут быть использованы в качестве гидромашин, компрессоров или двигателей. The invention relates to rotary machines that can be used as hydraulic machines, compressors or engines.

Известны роторные пластинчатые машины [1] содержащие статор с цилиндрической расточкой, торцевыми стенками и каналами подвода и отвода жидкости; эксцентрично установленный ротор, в радиальных пазах которого размещены пластины с возможность возвратно-поступательного перемещения, при этом наружный край пластины скользит по расточке статора, прижимаясь к последней за счет либо центробежных сил, либо под действием пружин или избыточного давления жидкости. Known rotary vane machines [1] containing a stator with a cylindrical bore, end walls and channels for supplying and discharging liquid; an eccentrically mounted rotor, in the radial grooves of which there are plates with the possibility of reciprocating movement, while the outer edge of the plate slides along the bore of the stator, pressing against the latter due to either centrifugal forces, or under the action of springs or excess fluid pressure.

Эти машины обладают следующими недостатками. These machines have the following disadvantages.

1. Большие относительные скорости скольжения внешних и боковых сторон пластин относительно цилиндрической расточки и торцевых стенок статора. Большие скорости способствуют быстрому износу трущихся поверхностей (см. Г.С. Игумнов "Маломощные двухтактовые двигатели с самовоспламенением топлива от сжатия", М. Машгиз, 1951, стр. 28-30). В местах контакта трущихся поверхностей необходимо создать достаточно высокое нормальное давление, чтобы обеспечить необходимую герметичность, а повышенное нормальное давление по закону Кулона влечет увеличение силы трения. Все это ведет к снижению механического КПД машины. 1. Large relative sliding speeds of the outer and lateral sides of the plates relative to the cylindrical bore and the end walls of the stator. High speeds contribute to the rapid wear of rubbing surfaces (see G. G. Igumnov, “Low-power two-stroke engines with self-ignition of fuel from compression”, M. Mashgiz, 1951, p. 28-30). In the contact areas of rubbing surfaces, it is necessary to create a sufficiently high normal pressure to ensure the necessary tightness, and increased normal pressure, according to the Coulomb law, entails an increase in the friction force. All this leads to a decrease in the mechanical efficiency of the machine.

2. Заклинивание пластин в пазах ротора происходит благодаря тому, что пластина работает как консольная балка, замещенная с одного конца в пазах ротора, а на другой свободный конец действуют силы трения и избыточного давления. Этот недостаток столь значителен, что применить машины такого типа в качестве двигателя внутреннего сгорания не представляется возможным. 2. The wedging of the plates in the grooves of the rotor occurs due to the fact that the plate acts as a cantilever beam, replaced at one end in the grooves of the rotor, and friction and overpressure act on the other free end. This drawback is so significant that it is not possible to use machines of this type as an internal combustion engine.

С первым из недостатков борются путем применения различного рода подпятников на внешнем конце пластин (см. например, заявка Великобритании N 2218469, опубликованная в реферативном издании "Изобретения стран мира", F 01, N 2, 1991, с. 64 и заявка РФ N 93019609, опубликованная в бюллетене "Изобретения", N 34, 1995, с. 52). Кроме подпятников применяют свободно вращающиеся втулки, на которые опираются внешним концом пластины (см. патенты Японии N 3-6353 и N 3-6355, опубликованные в реферативном издании "Изобретения стран мира", P 04, N 1, 1992, с. 67). The first of the drawbacks is fought by using various kinds of thrust bearings on the outer end of the plates (see, for example, British application N 2218469 published in the abstract publication "Inventions of the World", F 01, N 2, 1991, p. 64 and RF application N 93019609 published in the bulletin "Inventions", N 34, 1995, S. 52). In addition to thrust bearings, freely rotating bushings are used, on which the outer end of the plate rests (see Japanese Patents N 3-6353 and N 3-6355, published in the abstract publication "Inventions of the World", P 04, N 1, 1992, p. 67) .

Эти приспособления позволяют трение с пластин перенести на подпятники или втулки и, таким образом, износу теперь подвергаются трущиеся поверхности подпятников и втулки, что не влияет на повышение КПД машины, уменьшается только износ пластин. These devices allow the friction from the plates to be transferred to thrust bearings or bushings and, thus, the friction surfaces of thrust bearings and bushings are now subject to wear, which does not affect the increase in machine efficiency, only the wear of the plates decreases.

Второй недостаток заклинивание пластин в пазах пытаются устранить путем применения вкладышей в пазах внутреннего ротора и клинообразных пластин, внешний конец пластины при этом скользит по вкладышу. Это уменьшает усилие, действующее на консоль пластины, но не устраняет полностью недостаток. (См. например, официальный бюллетень РФ "Изобретения" N 7/95, патент N 2030598 и заявка N92008717/29 и 92008719/29, в бюллетене N 8/95). The second drawback is that they try to eliminate jamming of the plates in the grooves by using inserts in the grooves of the inner rotor and wedge-shaped plates, while the outer end of the plate slides along the liner. This reduces the force acting on the console of the plate, but does not completely eliminate the disadvantage. (See, for example, the official bulletin of the Russian Federation "Inventions" N 7/95, patent N 2030598 and application N92008717 / 29 and 92008719/29, in the bulletin N 8/95).

Наиболее близким аналогом заявляемой машины по совокупности существенных признаков, которые влияют на достигаемый результат, является роторная пластинчатая машина по вышеуказанной публикации [1] выбранная в качестве прототипа. The closest analogue of the claimed machine on the set of essential features that affect the achieved result is a rotary vane machine according to the above publication [1] selected as a prototype.

Сущность изобретения заключается в следующем. Скорости скольжения относительно движущихся элементов значительно уменьшаются, а силы нормального давления на цилиндрическую расточку статора переносятся на подшипник путем применения дополнительно внешнего ротора, соосного с расточкой статора, состоящего из цилиндрической втулки, торцевых стенок и двух цапф, посаженных на подшипники в статоре. Внешней ротор синхронизован с внутренним. Так уменьшается износ и повышаются КПД за счет снижения скоростей скольжения и сил трения. The invention consists in the following. Sliding speeds relative to moving elements are significantly reduced, and normal pressure forces on the cylindrical stator bore are transferred to the bearing by using an additional external rotor coaxial with the stator bore, consisting of a cylindrical sleeve, end walls and two trunnions mounted on bearings in the stator. The external rotor is synchronized with the internal. This reduces wear and increases efficiency by reducing sliding speeds and friction forces.

Вторая проблема решается путем более равномерного распределения нагрузки на пластину. Для этого введена дополнительная опора внешнего конца пластины в виде шарнира на внешнем роторе, при этом внутренний конец, помещенный паз дополнительного элемента внутреннего ротора, имеет возможность отклоняться от радиального направления. Теперь пластина имеет две опоры по концам и, следовательно, заклинивание полностью устраняется. The second problem is solved by more even distribution of the load on the plate. For this, an additional support of the outer end of the plate is introduced in the form of a hinge on the outer rotor, while the inner end, placed the groove of the additional element of the inner rotor, can deviate from the radial direction. Now the plate has two supports at the ends and, therefore, jamming is completely eliminated.

Поставленная цель в совокупности с известными элементами достигается следующими средствами:
вводится дополнительно внешней ротор;
обороты внешнего ротора и внутреннего согласуются с помощью синхронизаторов вращения;
пазы внутреннего ротора выполнены в дополнительных элементах, которые делают возможным отклонение пластин от радиального направления;
пластины шарнирно опираются одним концом на внешний ротор и скользят в пазах дополнительных элементов внутреннего ротора.The goal in combination with the known elements is achieved by the following means:
an additional external rotor is introduced;
revolutions of the external rotor and internal are coordinated by means of rotation synchronizers;
grooves of the inner rotor are made in additional elements that make it possible to deflect the plates from the radial direction;
the plates are articulated at one end on the outer rotor and slide in the grooves of the additional elements of the inner rotor.

Поскольку вся совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения, обеспечивающая повышение КПД, в отличие от прототипа неизвестна из уровня техники, она обладает новизной. Since the entire set of essential features of the present invention, providing increased efficiency, in contrast to the prototype is unknown from the prior art, it has novelty.

В патентной и технической литературе не обнаружено конструкцией с отличительными признаками заявляемого технического решения, поэтому оно соответствует критерию "изобретательский уровень". In the patent and technical literature is not found design with distinctive features of the proposed technical solution, therefore, it meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 изображена схема торцевого разреза одного из вариантов заявляемой машины; фиг. 2 разрез по осям внешнего и внутреннего роторов; на фиг. 3 проставлены углы и размеры элементов. In FIG. 1 shows a diagram of the end section of one of the variants of the claimed machine; FIG. 2 section along the axes of the external and internal rotors; in FIG. 3 angles and sizes of elements are affixed.

Внутри цилиндрической расточки статора 1 установлен внешний ротор 2 с торцевыми стенками 2в и цапфами 2а. Внутренний ротор 3 с валом 3а эксцентричен по отношению к внешнему ротору. Inside the cylindrical bore of the stator 1, an external rotor 2 with end walls 2c and pins 2a is installed. The inner rotor 3 with the shaft 3a is eccentric with respect to the outer rotor.

Дополнительные элементы в виде плунжеров 4 имеют возможность отклонения относительно радиального направления. В пазах плунжеров свободно посажены пластины 5 одним концом, а другой конец 5а шарнирно закреплен на внешнем роторе. Additional elements in the form of plungers 4 have the ability to deviate relative to the radial direction. In the grooves of the plungers, plates 5 are freely fitted with one end, and the other end 5a is pivotally mounted on the outer rotor.

Введены следующие обозначения:
e эксцентриситет;
φ = ωt угол поворота ротора;
w угловая скорость вращения;
t время;
R радиус внешнего ротора;
r радиус плунжера;
h высота пластины;
γ угол отклонения пластины 5 от радиального направления, т.е. угол поворота шарнира 5а.The following notation is introduced:
e eccentricity;
φ = ωt is the angle of rotation of the rotor;
w angular velocity of rotation;
t time;
R is the radius of the outer rotor;
r is the radius of the plunger;
h plate height;
γ is the angle of deviation of the plate 5 from the radial direction, i.e. swivel angle 5a.

Из геометрических соображений получается

или с точностью до

Таким образом, угол отклонения пластины от радиального направления может быть конструктивно выбран достаточно малым. Наименьшее значение γ получается, если ось плунжера совпадает с осью внутреннего ротора.From geometric considerations it turns out

or accurate to

Thus, the angle of deviation of the plate from the radial direction can be structurally selected sufficiently small. The smallest value of γ is obtained if the axis of the plunger coincides with the axis of the inner rotor.

В этом случае

Угловая скорость получается путем дифференцирования по t выражения для γ

Итак, наибольшая линейная скорость скольжения внешнего конца пластины у прототипа ωR а у заявляемой машины, если допустить, что h≤2 ч,

Столь малые скорости скольжения и малые углы отклонения позволяют создать надежное уплотнение рабочих полостей и тем самым повысить объемный КПД.In this case

The angular velocity is obtained by differentiating with respect to t the expression for γ

So, the maximum linear sliding speed of the outer end of the plate of the prototype ωR and the inventive machine, assuming that h≤2 h

Such low sliding velocities and small deflection angles make it possible to create a reliable seal of working cavities and thereby increase volumetric efficiency.

Предложенная машина работает следующим образом. Торцевые стенки внутреннего ротора 3 движутся поступательно относительно торцевых стенок внешнего ротора 2, т.е. любая точка торцевой стенки внутреннего ротора 3 описывает за оборот дугу в виде окружности радиуса e на торцевой стенке внешнего ротора. У прототипа этот радиус изменяется от нуля до R-e. Таким образом, и здесь получается выигрыш в линейной скорости скольжения, по крайней мере, для периферийных значений радиуса внутреннего ротора 3, где и требуется наиболее тщательное прилегание для обеспечения герметичности. Шарнирное крепление пластин 5а на внешнем роторе 2 позволяет с одной стороны применять совершенное уплотнение, а с другой стороны обеспечивает разгрузку пластин. В роторных машинах это наиболее уязвимое с точки зрения и износа место контакта (см. например, В.С.Бениович, Г.Д.Апазиди, А.М.Бойко "Роторно-поршневые двигатели", Машиностроение, 1968, с. 62-80). The proposed machine operates as follows. The end walls of the inner rotor 3 move progressively relative to the end walls of the outer rotor 2, i.e. any point on the end wall of the inner rotor 3 describes, per revolution, an arc in the form of a circle of radius e on the end wall of the outer rotor. In a prototype, this radius varies from zero to R-e. Thus, here too, a gain in linear sliding velocity is obtained, at least for peripheral values of the radius of the inner rotor 3, where the most careful fit is required to ensure tightness. The hinged mounting of the plates 5a on the external rotor 2 allows perfect sealing to be applied on the one hand, and the plates to be unloaded on the other hand. In rotary machines, this is the most vulnerable point of contact (from the point of view of wear and tear) (see, for example, V. S. Beniovich, G. D. Apazidi, A. M. Boyko “Rotary-piston engines”, Mechanical Engineering, 1968, p. 62- 80).

Заявляемую машину целесообразно использовать в качестве двигателя внутреннего сгорания, при этом с целью повышения термического КПД поверхности рабочих полостей выполнить из керамики. The inventive machine, it is advisable to use as an internal combustion engine, while in order to increase the thermal efficiency of the surface of the working cavities made of ceramic.

Claims

A rotary vane machine containing a stator with an internal cylindrical bore, with end walls and channels for supplying and discharging a working medium, an eccentrically mounted internal rotor with grooves in which plates are freely mounted, characterized in that an external rotor coaxial with the stator bore and synchronized is additionally installed with an internal rotor having additional elements with grooves in which one end of the plate is freely fitted with the possibility of deviation from the radial direction, with external the ends of the plates are pivotally mounted on the outer rotor.