RU2115807C1

RU2115807C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2115807C1
Application number: RU97109621A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Зимников; Александр Анатольевич Строганов
Original assignee: Александр Николаевич Зимников; Александр Анатольевич Строганов
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; reversible pumps. SUBSTANCE: rotary machine has housing 1, rotor 5 with slots in which slides 7 are fitted for reciprocating along its axis of rotation. Support-and- distributing member 11 is secured inside housing 1. End face of member 11 engages with end face of rotor 5 for sliding. Two isolated spaces are made in end face of support-and-distributing member 11. One of spaces is connected with inlet hole by channel. The other is connected with outlet hole. EFFECT: improved uniformity of delivery and capacity of machine owing to exclusion of influence of slide volumes. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в обратимых насосах. В качестве рабочей среды в роторной машине применимы жидкости и газы. The invention relates to mechanical engineering and can be used in reversible pumps. As a working medium in a rotary machine, liquids and gases are applicable.

Известна роторная машина [1], содержащая корпус с торцевыми крышками, впускные и выпускные отверстия, в цилиндрической расточке корпуса концентрично на валу установлен ротор с прорезями, в которых размещены шибера с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси вращения ротора. На внутренних поверхностях торцевых крышек выполнены равномерно чередующиеся между собой выступы и впадины, имеющие плоские участки, сопряженные с выступами и впадинами. Внутренние поверхности торцевых крышек эквидистанты. Рабочие камеры в направлении вдоль оси вращения ротора ограничены торцевыми поверхностями ротора и внутренними поверхностями торцевых крышек. Таким образом, рабочие камеры расположены по разные стороны от торцов ротора. Шибера взаимодействуют своими торцами с внутренней поверхностью торцевых крышек и при вращении ротора совершают возвратно-поступательное движение в прорезях ротора. Known rotary machine [1], containing a housing with end caps, inlet and outlet openings, in the cylindrical bore of the housing concentrically mounted on the shaft of the rotor with slots in which there are slides with the possibility of reciprocating motion along the axis of rotation of the rotor. On the inner surfaces of the end caps, protrusions and depressions are uniformly alternating between each other, having flat sections mating with the protrusions and depressions. The inner surfaces of the end caps are equidistant. The working chambers in the direction along the axis of rotation of the rotor are bounded by the end surfaces of the rotor and the inner surfaces of the end caps. Thus, the working chambers are located on different sides from the ends of the rotor. The gate interact with its ends with the inner surface of the end caps and during the rotation of the rotor make a reciprocating movement in the slots of the rotor.

В качестве ближайшего аналога выбрана роторная машина [2], содержащая установленный в корпусе ротор с радиальными прорезями, в которых размещены с возможностью движения вдоль оси вращения ротора шибера. Рабочая камера машины ограничена в осевом направлении противолежащими торцами корпуса и ротора, а в радиальном направлении - участками поверхности вала ротора и внутренней цилиндрической поверхности корпуса, заключенными между указанными торцами ротора и корпуса. В рабочей камере установлена перегородка, разделяющая впускное и выпускное отверстия и прилегающая с возможностью скользящего контакта к торцу ротора и валу ротора. При вращении ротора шибера совершают сложное движение, вращаясь вместе с ним и одновременно перемещаясь вдоль его оси вращения. Когда шибера находятся в удалении от перегородки, они выдвинуты в рабочую камеру из ротора. По мере приближения шиберов к перегородке, в процессе вращения ротора, они постепенно вдвигаются в ротор до положения, в котором они не выступают за торец ротора. В этом положении они проходят мимо перегородки, не задевая ее при вращении ротора. As the closest analogue, a rotor machine [2] was selected, containing a rotor installed in the housing with radial slots, which are placed with the possibility of movement along the axis of rotation of the rotor of the gate. The working chamber of the machine is bounded axially by the opposite ends of the casing and the rotor, and in the radial direction by sections of the surface of the rotor shaft and the inner cylindrical surface of the casing enclosed between these ends of the rotor and the casing. A partition is installed in the working chamber separating the inlet and outlet openings and adjoining with the possibility of sliding contact to the end face of the rotor and the rotor shaft. When the rotor rotates, the gate perform a complex movement, rotating with it and simultaneously moving along its axis of rotation. When the gates are located far from the partition, they are pushed into the working chamber from the rotor. As the gate closer to the partition, during the rotation of the rotor, they gradually move into the rotor to a position in which they do not protrude beyond the end of the rotor. In this position, they pass by the partition without touching it when the rotor rotates.

Для того чтобы обеспечить осевое перемещение шиберов в прорезях ротора, предусмотрены средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов, представляющие собой выполненную на внутренней поверхности корпуса канавку с профилированной поверхностью, в которую входят кромки шиберов. Эта канавка, проходящая по линии, сходной с синусоидой, играет роль копира, задавая характер осевого перемещения шиберов в прорезях ротора при его вращении. In order to ensure axial movement of the gates in the slots of the rotor, means are provided that specify the axial relative position of the gates, which is a groove made on the inner surface of the housing with a profiled surface that includes the edges of the gates. This groove, passing along a line similar to a sinusoid, plays the role of a copier, setting the character of the axial movement of the gates in the slots of the rotor during its rotation.

Недостаток описанных выше машин состоит в том, что объем шиберов, находящихся в рабочей камере, влияет на равномерность подачи машины и на ее производительность. The disadvantage of the above machines is that the volume of gates in the working chamber affects the uniformity of the feed of the machine and its performance.

Целью изобретения является увеличение равномерности подачи и производительности машины с возвратно-поступательным движением шиберов вдоль оси вращения ротора за счет включения влияния на них объема шиберов. The aim of the invention is to increase the uniformity of feed and productivity of the machine with the reciprocating movement of the gates along the axis of rotation of the rotor by including the influence of the volume of gates on them.

Поставленная цель достигается тем, что роторная машина, содержащая корпус с впускным и выпускным отверстиями, установленный в корпусе ротор с размещенными в нем с возможностью движения вдоль его оси вращения по меньшей мере двумя шиберами, рабочую камеру, ограниченную в направлении вдоль оси вращения ротора с одной стороны первым из его торцов, а с другой стороны рабочая камера ограничена противолежащей этому торцу стенкой корпуса, расположенную в рабочей камере перегородку, находящуюся в скользящем контакте с этим торцом ротора и закрепленную на внутренней поверхности корпуса таким образом, что она разделяет впускное и выпускное отверстия, средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов, согласно изобретению снабжена опорно-распределительным элементом, который контактирует своим торцом с возможностью скольжения со вторым торцом ротора, причем в упомянутом торце опорно-распределительного элемента выполнены две не соединяющиеся между собой полости, одна из которых соединена каналом с входным отверстием, а другая соединена каналом с выходным отверстием. This goal is achieved in that the rotary machine, comprising a housing with inlet and outlet openings, a rotor installed in the housing with at least two gates placed in it with the possibility of movement along its axis of rotation, a working chamber limited in the direction along the axis of rotation of the rotor with one side of the first of its ends, and on the other hand, the working chamber is limited by the wall of the housing opposite to this end, the partition located in the working chamber, which is in sliding contact with this end of the rotor and closes captured on the inner surface of the housing in such a way that it separates the inlet and outlet openings, the means specifying the axial relative position of the gates according to the invention is equipped with a support and distribution element that contacts its end with the possibility of sliding with the second end of the rotor, and in the said end of the support and distribution The element has two non-interconnected cavities, one of which is connected by a channel to the inlet, and the other is connected by a channel to the outlet.

Кроме того, с целью уменьшения осевых вибраций ротора в нем могут быть выполнены сквозные каналы, соединяющие противолежащие торцы ротора, находящиеся между двумя соседними шиберами. In addition, in order to reduce the axial vibrations of the rotor, through channels can be made in it, connecting the opposite ends of the rotor located between two adjacent gates.

С целью уменьшения гидравлических потерь при возвратно-поступательном движении шиберов, для уменьшения их массы и с целью выравнивания силы давления, которая действует на торец шибера, обращенный в сторону рабочей камеры, и противолежащий ему торец, в каждом шибере выполнено сквозное отверстие, начинающееся на торце шибера, который обращен в сторону рабочей камеры, и заканчивающееся на торце шибера, который противолежит этому торцу шибера. In order to reduce hydraulic losses during the reciprocating movement of the gates, to reduce their mass and to equalize the pressure force that acts on the end face of the gate facing the working chamber and the opposite end face, a through hole is made in each gate starting at the end gate, which is facing the working chamber, and ending at the end of the gate, which is opposite to this end of the gate.

С целью упрощения и повышения точности изготовления и создания более хороших уплотнений в рабочей камере шибера могут быть выполнены в виде цилиндров, ориентированных в роторе в осевом направлении, причем для улучшения условий смазки и более равномерного износа, шибера могут быть установлены в роторе с возможностью вращения вокруг своей оси. In order to simplify and improve manufacturing accuracy and create better seals in the working chamber, the shutters can be made in the form of cylinders oriented in the rotor in the axial direction, and to improve lubrication and more uniform wear, the shutters can be mounted in the rotor with the possibility of rotation around its axis.

Подобно машинам других типов, данная машина может быть сконструирована многокамерной и иметь количество перегородок, большее одного, причем количество полостей, выполненных в торце опорно-распределительного элемента, соответствующим образом увеличивается. Like machines of other types, this machine can be designed multi-chamber and have a number of partitions greater than one, and the number of cavities made in the end face of the support and distribution element, respectively increases.

На фиг. 1 дан продольный разрез машины; на фиг. 2 - развертка ротора и боковой цилиндрический поверхности машины. In FIG. 1 is a longitudinal section of a machine; in FIG. 2 - scan of the rotor and the lateral cylindrical surface of the machine.

Роторная машина (по фиг. 1) содержит корпус 1, включающий в себя корпусные крышки 2 и 3. В середине цилиндрической расточки корпуса 1 установлен насаженный на вал 4 ротор 5. В роторе 5 по всей его длине выполнены прорези 6, в которых размещены шибера 7 с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль его оси вращения. Машина может содержать два и большее количество шиберов. The rotor machine (in Fig. 1) comprises a housing 1, including housing covers 2 and 3. In the middle of the cylindrical bore of the housing 1, a rotor 5 is mounted on the shaft 4. Slots 6 are made along the entire length of the rotor 5 in which the gate is placed 7 with the possibility of reciprocating motion along its axis of rotation. A machine may contain two or more gates.

Машина содержит закрепленную на внутренней поверхности корпуса перегородку 8, в частности, она закреплена на корпусной крышке 2. Перегородка 8 прилегает к первому торцу ротора 5, который обращен к этой корпусной крышке 2, и валу 4 ротора 5 с образованием между ними скользящего контакта. В данной заявке торец ротора 5, обращенный к корпусной крышке 2, назван первым торцом ротора 5. Рабочая камера, таким образом, ограничивается в направлении вдоль оси вращения ротора 5 с одной стороны внутренней поверхностью корпусной крышки 2, а с другой стороны первым торцом ротора 5, который обращен в сторону этой торцевой крышки 2. Перегородка 8 разделяет впускное и выпускное отверстия, которые выходят в рабочую камеру (эти отверстия на чертеже не показаны, чтобы не усложнять чертеж). В радиальном направлении рабочая камера ограничена радиальными средствами изоляции. Средства изоляции - это все то, что препятствует вытеканию рабочего тела из рабочей камеры. В представленной на чертежах конструкции радиальные средства изоляции - это поверхность вала 4, поверхность перегородки 8 и внутренняя поверхность корпуса 1, которые заключены между корпусной крышкой 2 и первым торцом ротора 5. The machine comprises a partition 8 fixed on the inner surface of the housing, in particular, it is fixed on the housing cover 2. The partition 8 is adjacent to the first end of the rotor 5, which faces this housing cover 2, and the shaft 4 of the rotor 5 with the formation of a sliding contact between them. In this application, the end face of the rotor 5 facing the housing cover 2 is called the first end of the rotor 5. The working chamber is thus limited in the direction along the axis of rotation of the rotor 5 on one side of the inner surface of the housing cover 2, and on the other hand, the first end of the rotor 5 which faces toward this end cap 2. The baffle 8 separates the inlet and outlet openings that extend into the working chamber (these openings are not shown in the drawing so as not to complicate the drawing). In the radial direction, the working chamber is limited by radial insulation means. Means of isolation - this is all that prevents the leakage of the working fluid from the working chamber. In the design shown in the drawings, the radial insulation means are the surface of the shaft 4, the surface of the partition 8 and the inner surface of the housing 1, which are enclosed between the housing cover 2 and the first end of the rotor 5.

Машина содержит средства, задающие осевое взаиморасположение шиберов 7 в прорезях 6 ротора 5. В данном на чертежах варианте исполнения машины этими средствами является замкнутый криволинейный паз 9, выполненный на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Кроме того, каждый шибер 7 снабжен выступом 10, который входит в паз 9 и образует с ним скользящий контакт. Паз 9 выполнен таким образом, что шибера 7, находящиеся напротив торца перегородки 8, которым она прилегает к первому торцу ротора 5, вдвинуты в ротор 5 на одинаковое расстояние, а часть шиберов 7, находящихся в удалении от перегородки 8, выдвинута из ротора 5 и контактирует с возможностью скольжения с внутренней поверхностью торцевой крышки 2, отделяя в рабочей камере впускное отверстие от выпускного, и создает, таким образом, участок рабочей камеры, сообщающийся с впускным отверстием, и участок рабочей камеры, сообщающийся с выпускным отверстием. The machine contains means that specify the axial relative position of the sliders 7 in the slots 6 of the rotor 5. In this embodiment of the machine, these means are a closed curved groove 9 made on the inner cylindrical surface of the housing 1. In addition, each slide 7 is provided with a protrusion 10, which includes in the groove 9 and forms a sliding contact with it. The groove 9 is made in such a way that the gate 7, which is opposite the end of the partition 8, with which it is adjacent to the first end of the rotor 5, is pushed into the rotor 5 by the same distance, and part of the gates 7, located at a distance from the partition 8, is extended from the rotor 5 and contacts slidingly with the inner surface of the end cap 2, separating the inlet from the outlet in the working chamber, and thus creates a portion of the working chamber in communication with the inlet and a portion of the working chamber in communication with the outlet eat.

Машина содержит опорно-распределительный элемент 11, который закреплен на корпусной крышке 3 и может образовывать с ней единую деталь. Опорно-распределительный элемент 11 контактирует с возможностью скольжения своим торцом со вторым торцом ротора 5. В данной заявке торец ротора 5, находящийся напротив торцевой крышки 3, назван вторым торцом ротора 5. В этом конце опорно-распределительного элемента 11 выполнены две не соединяющихся между собой полости, одна из которых расположена напротив участка рабочей камеры, сообщающегося с впускным отверстием, и соединена с ним каналом (не показан), а другая расположена напротив участка рабочей камеры, сообщающегося с выпускным отверстием, и также соединена с ним каналом (не показан). The machine contains a support and distribution element 11, which is mounted on the housing cover 3 and can form a single part with it. The support and distribution element 11 contacts with its end to slide with the second end of the rotor 5. In this application, the end of the rotor 5, opposite the end cover 3, is called the second end of the rotor 5. At this end of the support and distribution element 11 there are two non-interconnected cavities, one of which is located opposite the portion of the working chamber in communication with the inlet and connected to it by a channel (not shown), and the other is located opposite the portion of the working chamber in communication with the outlet it, and is also connected thereto a channel (not shown).

Кроме того, в роторе 5 выполнены сквозные каналы 12, соединяющие противолежащие торцы ротора 5, находящиеся между двумя соседними шиберами 7 (см. фиг. 2). In addition, in the rotor 5 there are made through channels 12 connecting the opposite ends of the rotor 5 located between two adjacent gates 7 (see Fig. 2).

Машина может работать в режиме насоса и режиме гидромотора. The machine can operate in pump mode and hydraulic motor mode.

В качестве насоса, машина работает следующим образом. As a pump, the machine operates as follows.

После запуска машины при вращении ротора 5 выступы 10 шиберов 7 начинают скользить по криволинейному пазу 9 и совершать вдоль оси вращения ротора 5 возвратно-поступательное движение, которое передается шибером 7. After starting the machine during rotation of the rotor 5, the protrusions 10 of the sliders 7 begin to slide along a curved groove 9 and make a reciprocating motion along the axis of rotation of the rotor 5, which is transmitted by the slide 7.

Причем паз 9 выполнен таким образом, что движение шиберов 7 за один оборот ротора 5 характеризуется следующим циклом. Шибер 7, находящийся напротив торца перегородки 8, которым она прилегают к первому торцу ротора 5, вдвинут в ротор 5 и не движется вдоль его оси вращения. Moreover, the groove 9 is made in such a way that the movement of the sliders 7 per revolution of the rotor 5 is characterized by the following cycle. The gate 7, located opposite the end of the partition 8, with which it is adjacent to the first end of the rotor 5, is pushed into the rotor 5 and does not move along its axis of rotation.

Далее, по мере удаления шибера 7 от перегородки 8 он начинает выдвигаться из прорези 6 ротора 5 в полость рабочей камеры и в какой-то момент коснется своим торцом внутренней поверхности торцевой крышки 2. Далее шибер 7 скользит своим торцом по внутренней поверхности торцевой крышки 2 и не движется вдоль оси вращения ротора 5. Затем по мере приближения к перегородке 8 он начинает плавно вдвигаться в ротор 5 и к моменту прохождения через перегородку 8 вдвинут в ротор 5. При скольжении по внутренней поверхности торцевой крышки 2 шибер 7 разделяет рабочую камеру на полости, в одной из которых образуется зона низкого давления, а в другой образуется зона высокого давления, которые соответственно связаны с впускным и выпускным отверстиями машины (не показаны). Further, as the gate 7 is removed from the partition 8, it begins to extend from the slot 6 of the rotor 5 into the cavity of the working chamber and at some moment touches the inner surface of the end cover 2 with its end face. Next, the gate 7 slides with its end along the inner surface of the end cover 2 and does not move along the axis of rotation of the rotor 5. Then, as it approaches the baffle 8, it begins to slide smoothly into the rotor 5 and by the time it passes through the baffle 8 is pushed into the rotor 5. When sliding along the inner surface of the end cover 2, the gate 7 separates the work a chamber on the cavity, in one of which a low pressure zone is formed, and in the other a high pressure zone is formed, which are respectively associated with the inlet and outlet openings of the machine (not shown).

Объем рабочего тела, заключенный между двумя соседними шиберами 7, которые скользят по внутренней поверхности торцевой крышки 2, переносится из зоны низкого давления в зону высокого давления. The volume of the working fluid enclosed between two adjacent gates 7, which slide along the inner surface of the end cap 2, is transferred from the low pressure zone to the high pressure zone.

Сила давления, действующая со стороны рабочей камеры на первый торец ротора 5, компенсируется опорно-распределительным элементом 11, торец которого находится в скользящем контакте со вторым торцом ротора 5. Две не соединяющиеся между собой полости, которые выполнены в этом торце опорно-распределительного элемента 11, расположены одна напротив полости рабочей камеры с зоной низкого давления, а другая напротив полости рабочей камеры с зоной высокого давления. Противолежащие полости рабочей камеры и опорно-распределительного элемента 11 соединены между собой каналом и образуют соответственно противолежащие зоны низкого и высокого давления, которые компенсируют осевую нагрузку на торец ротора 5. The pressure force acting from the side of the working chamber on the first end of the rotor 5 is compensated by the support and distribution element 11, the end of which is in sliding contact with the second end of the rotor 5. Two cavities that are not connected to each other, which are made in this end of the support and distribution element 11 are located one opposite the cavity of the working chamber with the low pressure zone, and the other opposite the cavity of the working chamber with the high pressure zone. Opposite cavities of the working chamber and the support and distribution element 11 are interconnected by a channel and form respectively opposite zones of low and high pressure, which compensate for the axial load on the end face of the rotor 5.

При вращении ротора 5, по мере удаления шибера 7 от перегородки 8, он вдвигается в полость рабочей камеры с зоной низкого давления и вносит в нее свой объем. Но с другой стороны, точно такой же объем рабочего тела заполнит прорезь 6, в которой размещен этот шибер 7 из противолежащей полости опорно-распределительного элемента 11, с которой эта прорезь 6 сообщается. Далее шибер 7 в рабочей камере скользит своим торцом по внутренней поверхности торцевой крышки 2, а торец опорно-распределительного элемента 11, скользящий по второму торцу ротора 5, перекрывает прорезь 6, в которой находится данный шибер 7, и отделяет ее от полостей, выполненных в нем. По мере приближения шибера 7 к перегородке 8 шибер 7 начинает вдвигаться в ротор 5 и объем вытесняемого рабочего тела из полости рабочей камеры с зоной высокого давления уменьшается на величину объема шибера 7, который вдвигается в ротор 5. Но точно такой же объем рабочего тела вытесняется в полость опорно-распределительного элемента 11, находящуюся напротив полости рабочей камеры с зоной высокого давления, так как прорезь 6, в которой находится данный шибер 7, соединяется с полостью опорно-распределительного элемента 11, которая соединена каналом с противолежащей полостью рабочей камеры с зоной высокого давления. Таким образом компенсируется влияние объема шиберов 7 на равномерность подачи и производительность машины. When the rotor 5 rotates, as the gate 7 moves away from the partition 8, it moves into the cavity of the working chamber with a low pressure zone and introduces its volume into it. But on the other hand, the exact same volume of the working fluid will be filled by the slot 6, in which this gate 7 is placed from the opposite cavity of the support and distribution element 11, with which this slot 6 communicates. Next, the gate 7 in the working chamber slides with its end along the inner surface of the end cover 2, and the end of the support and distribution element 11, sliding along the second end of the rotor 5, overlaps the slot 6 in which this gate 7 is located, and separates it from the cavities made in him. As the gate 7 approaches the partition 8, the gate 7 begins to slide into the rotor 5 and the volume of the displaced working fluid from the cavity of the working chamber with the high pressure zone decreases by the volume of the gate 7, which moves into the rotor 5. But exactly the same volume of the working fluid is displaced in the cavity of the support and distribution element 11, which is opposite the cavity of the working chamber with the high pressure zone, since the slot 6 in which this gate 7 is located is connected to the cavity of the support and distribution element 11, which is connected by a channel scrap with an opposite cavity of the working chamber with a high pressure zone. This compensates for the effect of the volume of gates 7 on the uniformity of feed and machine performance.

Аналогичным образом машина работает и с цилиндрическими шиберами. Similarly, the machine works with cylindrical gates.

В качестве гидромотора машина работает подобно другим типам обратимых насосов. As a hydraulic motor, the machine works like other types of reversible pumps.

Claims

1. A rotary machine, comprising a housing with inlet and outlet openings, insulation means, a rotor installed in the housing with at least two gates placed in it with the possibility of movement along its axis of rotation, a working chamber limited in the direction along the rotor axis of rotation on one side the first of its ends, and on the other hand, the working chamber is limited by the wall of the housing opposite to this end, a partition installed in the working chamber, which is in sliding contact with this end of the rotor and separates the inlet and outlet, means for specifying the axial relative position of the gates, characterized in that a support-distribution element is fixed inside the housing, contacting end-to-end with a second end of the rotor, moreover, two non-contacting cavities are made in said end of the support-distribution element, one of which is connected by a channel to the inlet, and the other is connected by a channel to the outlet.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the sections of the opposite ends of the rotor located between two adjacent gates are interconnected by channels made in the rotor.

3. The machine according to claims 1 and 2, characterized in that the gates are made in the form of cylinders.

4. The machine according to claims 1 to 3, characterized in that the cylinders are mounted inside the rotor with the possibility of rotation around its axis.

5. The machine according to claims 1 to 4, characterized in that in each gate there is a through hole starting at the end of the gate, which faces the working chamber, and ending at the end of the gate, which is opposite this end of the gate.