RU2144985C1 - Объемная сферическая роторная машина - Google Patents
Объемная сферическая роторная машина Download PDFInfo
- Publication number
- RU2144985C1 RU2144985C1 RU99106138A RU99106138A RU2144985C1 RU 2144985 C1 RU2144985 C1 RU 2144985C1 RU 99106138 A RU99106138 A RU 99106138A RU 99106138 A RU99106138 A RU 99106138A RU 2144985 C1 RU2144985 C1 RU 2144985C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sector
- rotor
- forming
- machine
- rotors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машинам объемного действия и может быть использовано в качестве двигателя, насоса или компрессора. В сферической полости корпуса расположены центральный ротор 4 и секторные роторы 5, 6, соединенные диаметральным шарниром и образующие рабочие камеры 9, 10. Камерообразующие поверхности секторных роторов 5, 6 образованы двумя и более плоскостями, или криволинейной, или плоскокриволинейной поверхностями, обеспечивающими увеличение секторообразующего угла от области диаметрального шарнира к периферийной сферической поверхности. Камерообразующие поверхности центрального ротора 4 повторяют соответствующие им поверхности секторных роторов 5, 6. Впускные-выпускные каналы 15 - 18 могут иметь сопловой участок переменного сечения и тангенциальный наклон осей, впускного канала 16 - по направлению, а выпускного канала 15 - навстречу направлению вращения роторов машины. Упрощается и повышается эффективность уплотняющих устройств, повышается эффективность впускных-выпускных каналов вследствие их удаления от подшипниковых узлов, улучшается теплоотвод от валов, а также снижаются динамические и тепловые деформации центрального ротора. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к машинам объемного действия, и может быть использовано в качестве двигателя, насоса или компрессора.
Известна объемная сферическая роторная машина, содержащая корпус с четырьмя впускными - выпускными каналами и размещенные в сферической полости корпуса три ротора, образующие четыре рабочих камеры, центральный ротор соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором с валом, при этом камерообразующие поверхности всех роторов являются плоскими (акцептованная заявка Японии N 47-44565, F 01 C 3/00, 10.11.72).
Недостатком известной машины является малая толщина секторного ротора в районе вала, что ограничивает диаметр вала и размер коренных подшипников, обуславливает недостаточную развитую зону сплошного перекрытия сферической поверхности корпуса сферической поверхностью ротора и, как следствие, сложность и малоэффективность уплотняющих устройств, граничащих с горячей зоной рабочих камер. Размещение впускных-выпускных каналов вблизи подшипниковых узлов взаимно ограничивает их эффективность. Относительно небольшая толщина валов и секторных роторов затрудняет отвод от них тепла, что обуславливает значительную их теплонапряженность. В центральном роторе наличие на его периферии большой динамической неуравновешенной массы приводит к возникновению в нем значительных внутренних напряжений и деформаций, возникающих при высоких оборотах роторов.
Техническим результатом изобретения является упрощение и повышение эффективности уплотняющих устройств, повышение эффективности впускных-выпускных каналов вследствие их удаления от подшипниковых узлов, улучшение теплоотвода от валов, а также снижение динамических и тепловых деформаций центрального ротора.
Технический результат достигается тем, что в объемной сферической роторной машине, содержащей корпус с впускными-выпускными каналами и размещенные в сферической полости корпуса три ротора, образующие четыре рабочих камеры, центральный ротор соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором с валом, камерообразующие поверхности секторных роторов образованы по крайней мере двумя плоскостями, или криволинейной, или плоскокриволинейной поверхностями, обеспечивающими увеличение секторообразующего угла от диаметрального шарнира к периферийной сферической поверхности, измеряемого между осью вращения секторного ротора и прямой, соединяющей центр сферы с точкой на камерообразующей поверхности секторного ротора, а каждая камерообразующая поверхность центрального ротора повторяет форму соответствующей ей камерообразующей поверхности секторного ротора.
При этом впускные-выпускные каналы могут иметь сопловой участок переменного сечения.
Кроме этого, оси впускных - выпускных каналов имеют тангенциальный наклон, впускного - по направлению, а выпускного - навстречу направлению вращения роторов машины.
Кроме того, корпус может состоять из двух полукорпусов, соединенных между собой в экваториальной плоскости, равноудаленной от полюсов машины в каждом меридианном сечении, один из полукорпусов имеет в этой плоскости кольцевую проточку, в которой размещен кольцевой выступ другого полукорпуса, образуя центрирующее устройство.
Полукорпуса предпочтительно могут быть скреплены с помощью устройства, обеспечивающего возможность их углового смещения друг относительно друга и нулевого меридиана.
Кроме того, участок вала, граничащий с секторным ротором, размещен в отверстии полукорпуса, выходящем на сферическую камерообразующую поверхность корпуса, с зазором, обеспечивающим наклон вала секторного ротора при установке в полукорпус машины.
Предпочтительно, чтобы в зазоре было расположено уплотнение или элемент подшипникового узла.
На фиг.1 показана объемная сферическая роторная машина, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, с повернутыми на 90 градусов роторами; на фиг.3 - сечение А-А на фиг. 1 по осям впускного-выпускного каналов в момент смены циклов в рабочих камерах; на фиг.4 - схема координат машины, аналогичных географическим, в которой - точки A, B - полюса машины - образованы пересечением осей вращения секторных роторов с камерообразующей сферической поверхностью корпуса;
- угол α называют углом прецессии машины;
- дуга ACB - нулевой меридиан системы координат - линия на сферической поверхности, соединяющая кратчайшим путем полюса машины, за положительное направление отсчета координаты принимается направление вращения роторов машины в основном рабочем цикле;
- угол Ψ - широта координаты, исчисляется от оси вращения секторных роторов;
- экватор - линия на сферической поверхности, равноудаленная от полюсов в каждом меридианном сечении, окружность с точками PC;
- линия AMPB - меридианное сечение сферы; AC=CB; AP=PB, где точка М имеет координаты: широта - угол Ψ, долгота - угол α.
- угол α называют углом прецессии машины;
- дуга ACB - нулевой меридиан системы координат - линия на сферической поверхности, соединяющая кратчайшим путем полюса машины, за положительное направление отсчета координаты принимается направление вращения роторов машины в основном рабочем цикле;
- угол Ψ - широта координаты, исчисляется от оси вращения секторных роторов;
- экватор - линия на сферической поверхности, равноудаленная от полюсов в каждом меридианном сечении, окружность с точками PC;
- линия AMPB - меридианное сечение сферы; AC=CB; AP=PB, где точка М имеет координаты: широта - угол Ψ, долгота - угол α.
Объемная сферическая роторная машина имеет корпус, состоящий из двух полукорпусов 1 и 2, соединенных между собой хомутом 3. В сферической полости корпуса расположены три ротора. Центральный ротор 4 соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором 5 или 6. Секторный ротор 5 или 6 заодно с валом 7 или 8. Оси вращения валов расположены под некоторым углом друг к другу и пересекаются с осями диаметральных шарниров в центре сферической полости, а оси диаметральных шарниров перпендикулярны между собой. Роторы 4, 5, 6 прилегают своими периферическими поверхностями к сферической поверхности корпуса машины и образуют четыре камеры: камеры 9 и 10, смежные секторному ротору 5, и камеры 11 и 12, смежные секторному ротору 6. Валы 7 и 8 установлены в полукорпусах 1, 2 в подшипниковых узлах с коренными подшипниками 13 и 14.
Камерообразующие поверхности секторных роторов 5 и 6 в общем случае могут быть образованы двумя или более плоскостями, или криволинейной, или плоскокриволинейной поверхностью. В конструкции, изображенной на фигурах, камерообразующие поверхности секторных роторов 5 и 6 выполнены цилиндрическими с радиусом, равным радиусу камерообразующей сферической поверхности корпуса.
Камерообразующая радиальная поверхность обеспечивает увеличение секторообразующего угла секторного ротора от области диаметрального шарнира к периферийной сферической поверхности. Секторообразующий угол измеряется между осью вращения секторного ротора 5 или 6 и прямой, соединяющей центр сферы с точкой на камерообразующей радиальной поверхности секторного ротора 5 и 6. Камерообразующая поверхность центрального ротора 4 повторяет форму соответствующей ей камерообразующей поверхности секторного ротора 5 или 6. Так в приведенной машине секторообразующий угол в области диаметрального шарнира составляет 25o и увеличивается к периферии до 36o, что обеспечивает увеличение диаметра зоны сплошного перекрытия полюсной части до 0,63 D, где D - диаметр камерообразующей поверхности сферы машины.
Форма камерообразующих поверхностей роторов машины позволяет:
- увеличить диаметр зоны сплошного перекрытия полюсной части сферической полости корпуса сферической поверхностью секторных роторов 5 и 6, что позволяет увеличить диаметр вала 7 или 8 и размер коренных подшипников 13 и 14, улучшить обтюрацию рабочих камер, удалить их горячие поверхности от подшипниковых узлов и снизить тепловую напряженность секторных роторов 5 и 6;
- в области диаметрального шарнира обеспечить максимально возможный охват осей секторных роторов 5 и 6 ответной частью диаметрального шарнира центрального ротора 4;
- уменьшить динамически неуравновешенную периферийную часть центрального ротора 4, что снижает динамические и тепловые деформации ротора 4 и позволяет увеличить скорость его вращения.
- увеличить диаметр зоны сплошного перекрытия полюсной части сферической полости корпуса сферической поверхностью секторных роторов 5 и 6, что позволяет увеличить диаметр вала 7 или 8 и размер коренных подшипников 13 и 14, улучшить обтюрацию рабочих камер, удалить их горячие поверхности от подшипниковых узлов и снизить тепловую напряженность секторных роторов 5 и 6;
- в области диаметрального шарнира обеспечить максимально возможный охват осей секторных роторов 5 и 6 ответной частью диаметрального шарнира центрального ротора 4;
- уменьшить динамически неуравновешенную периферийную часть центрального ротора 4, что снижает динамические и тепловые деформации ротора 4 и позволяет увеличить скорость его вращения.
Перечисленные особенности снижают динамическую и тепловую напряженность машины и позволяют увеличить ее производительность и ресурс.
Впускные-выпускные каналы 15, 16, 17, 18 расположены попарно противоположно в каждом полукорпусе 1, 2 в зоне перекрытия сферической поверхностью секторного ротора 5 или 6 при его повороте на угол до 90o по направлению вращения, измеряемый относительно оси диаметрального шарнира секторного ротора 5 или 6 и нулевого меридиана. На фиг.1 и 2 сечение каналов вынесено в плоскость сечения машины, проходящую через нулевой меридиан. Широта ближайшего к полюсу участка кромки канала 15-18 равна или больше широты окружности сплошного перекрытия полюсной части сферической полости корпуса сферической поверхностью секторного ротора 5 или 6. Смещение каналов 15-18 в экваториальную область вследствие увеличения толщины сферического участка шарового сектора секторного ротора 5, 6 также позволяет удалить их от подшипниковых узлов, позволяет увеличить проходное сечение каналов. На фиг. 1 действительное положение канала 15 показано поз. 19, где сплошной линией обозначен видимый участок кромки, пунктиром - закрытый секторным ротором. Заштрихованная область 20 соответствует положению канала 16. На фиг.3 показано сечение А-А по осям впускного-выпускного каналов 15 и 16 в момент смены циклов в рабочих камерах, соответствующей повороту секторного ротора на угол 80o, являющийся фазозадающим углом и зависящий от динамики машины и характеристик рабочего тела. Впускные-выпускные каналы 15-18 могут иметь сопловой участок переменного сечения. Оси каналов 15-18 могут иметь тангенциальный наклон, впускного канала 16 - по направлению, а выпускного канала 15 - навстречу направлению вращения роторов машины. Стрелками показано направление движения рабочего тела в впускном канале 16, его движение в рабочей камере 9, совпадающее с направлением вращения роторов и его истечение в выпускной канал 15, реализуемое при работе машины в качестве парового двигателя. Камера 9 является рабочей и находится в конце рабочего цикла. Камера 10 взведена (объем камеры наименьший, рабочее тело вытеснено) и готова к приему заряда рабочего тела. Для реверсных, низкоскоростных машин (гидронасосов, гидродвигателей и т. д. ) фазозадающий угол может быть равен 90o, а тангенциальный наклон каналов отсутствовать.
Смещение впускных-выпускных каналов в экваториальной области, наличие сопловых участков и тангенциального наклона каналов, увеличение их проходного сечения облегчают циркуляцию рабочего тела в машине, улучшают условия работы подшипниковых узлов, что позволяет увеличить производительность и ресурс машины в целом.
Диаметральный шарнир секторного ротора 6 имеет две полуоси 21 и 22, которые установлены на выступы секторного ротора 6. Диаметральный шарнир секторного ротора 5 имеет одну сплошную цилиндрическую ось 23.
Описываемая машина имеет центрирующее устройство, позволяющее изменять значение фазозадающего угла.
Полукорпуса 1 и 2 соединены между собой в экваториальной плоскости, равноудаленной от полюсов машины в каждом меридианном сечении. В одном из полукорпусов 1 имеется кольцевая проточка, в которую входит кольцевой выступ второго полукорпуса 2, образуя центрирующее устройство. Полукорпуса 1, 2 скреплены между собой устройством - хомутом 3, обеспечивающим их угловое смещение относительно друг друга и нулевого меридиана.
Взаимное угловое смещение полукорпусов 1 и 2 позволяет изменять значение фазозадающего угла, что дает возможность оптимизировать рабочий цикл машины в широком диапазоне скоростей вращения роторов. При угловом смещении полукорпусов 1, 2 одновременно с изменением фазозадающего угла происходит изменение угла прецессии, которое может быть использовано с положительным результатом. При уменьшении угла прецессии несколько уменьшается объем рабочей камеры, но при этом увеличивается объем взведенной камеры, в которой с ростом скорости вращения роторов увеличивается количество отработанного рабочего тела, не успевающего покинуть взводимую камеру. Уменьшение угла прецессии с ростом скорости вращения роторов снижает нагрузки в роторном узле, обусловленные динамикой и кинематикой машины.
Перечисленные особенности центрирующего устройства позволяют повысить эффективность машины в широком диапазоне скоростей вращения роторов, снизить нагрузки в роторном узле, что увеличивает производительность и ресурс машины.
Для обеспечения собираемости машины между участком вала 7, 8, граничащим с секторным ротором 5, 6 и отверстием в полукорпусе 1, 2, выходящем на камерообразующую сферическую поверхность этого полукорпуса 1, 2, имеется зазор. Зазор обеспечивает наклон вала 7, 8 секторного ротора 5, 6 при установке последнего в полукорпус 1, 2 машины. После установки секторного ротора 5, 6 в зазоре может быть расположено уплотняющее устройство 24 или элемент подшипникового узла.
Объемная сферическая роторная машина работает следующим образом.
В каналы 16, 17 подается под давлением рабочее тело. При прохождении роторами 4, 5, 6 положения смены циклов (фиг.3) рабочее тело поступает в взведенную рабочую камеру 10 из канала 16 и в камеру 11 из канала 17. Происходит наддув этих камер 16, 17, и совершается рабочий ход, называемый рабочим циклом. Одновременно с этим в смежных камерах 9 и 12, открытых и сообщающихся с выпускными каналами 15, 18, происходит истечение отработанного рабочего тела с одновременным уменьшением объема камер 9, 12.
Claims (7)
1. Объемная сферическая роторная машина, содержащая корпус с четырьмя впускными-выпускными каналами и размещенные в сферической полости корпуса три ротора, образующие четыре рабочих камеры, центральный ротор соединен с каждой стороны диаметральным шарниром с соответствующим секторным ротором с валом, отличающаяся тем, что камерообразующие поверхности секторных роторов образованы, по крайней мере, двумя плоскостями, или криволинейной, или плоскокриволинейной поверхностями, обеспечивающими увеличение секторообразующего угла от диаметрального шарнира к периферийной сферической поверхности, измеряемого между осью вращения секторного ротора и прямой, соединяющей центр сферы с точкой на камерообразующей поверхности секторного ротора, а каждая камерообразующая поверхность центрального ротора повторяет форму соответствующей ей камерообразующей поверхности секторного ротора.
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что впускные-выпускные каналы имеют сопловой участок переменного сечения.
3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что оси впускных-выпускных каналов имеют тангенциальный наклон, впускного - по направлению, а выпускного - навстречу направлению вращения роторов машины.
4. Машина по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что корпус состоит из двух полукорпусов, соединенных между собой в экваториальной плоскости, равноудаленной от полюсов машины в каждом меридианном сечении, один из полукорпусов имеет в этой плоскости кольцевую проточку, в которой размещен кольцевой выступ другого полукорпуса, образуя центрирующее устройство.
5. Машина по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что полукорпуса скреплены с помощью устройства, обеспечивающего возможность их углового смещения друг относительно друга и нулевого меридиана.
6. Машина по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что участок вала, граничащий с секторным ротором, размещен в отверстии полукорпуса, выходящем на сферическую камерообразующую поверхность корпуса, с зазором, обеспечивающим наклон вала секторного ротора при его установке в полукорпус машины.
7. Машина по п.6, отличающаяся тем, что в зазоре расположено уплотнение или элемент подшипникового узла.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99106138A RU2144985C1 (ru) | 1999-03-22 | 1999-03-22 | Объемная сферическая роторная машина |
AU32008/00A AU3200800A (en) | 1999-03-22 | 2000-03-01 | Spherical positive-displacement rotary machine |
JP2000606873A JP2002540333A (ja) | 1999-03-22 | 2000-03-01 | 球面状ロータ式容積形機械 |
EP00909826A EP1164249A4 (de) | 1999-03-22 | 2000-03-01 | Sphärische, rotierende verdrängermaschine |
PCT/RU2000/000070 WO2000057028A1 (fr) | 1999-03-22 | 2000-03-01 | Machine rotative volumetrique spherique |
KR1020017012092A KR20020005627A (ko) | 1999-03-22 | 2000-03-01 | 구형 용적식 회전 기계 |
US09/937,267 US6579081B1 (en) | 1999-03-22 | 2000-03-01 | Spherical positive-displacement rotary machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99106138A RU2144985C1 (ru) | 1999-03-22 | 1999-03-22 | Объемная сферическая роторная машина |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2144985C1 true RU2144985C1 (ru) | 2000-01-27 |
Family
ID=20217694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99106138A RU2144985C1 (ru) | 1999-03-22 | 1999-03-22 | Объемная сферическая роторная машина |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2144985C1 (ru) |
-
1999
- 1999-03-22 RU RU99106138A patent/RU2144985C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5171142A (en) | Rotary displacement machine with cylindrical pretension on disc-shaped partition | |
JP5130372B2 (ja) | 回転装置 | |
WO2002063151A1 (en) | Two-dimensional positive rotary displacement engine | |
JP2555119B2 (ja) | 球形ハウジング内にて回転駆動されるピストンを有する動力変換機 | |
US3672797A (en) | Fluid power converter | |
KR930020056A (ko) | 회전 피스톤 장치 및 그 사용방법 | |
WO1986004387A1 (en) | Oscillating vane rotary pump or motor | |
RU2144985C1 (ru) | Объемная сферическая роторная машина | |
JPH057524B2 (ru) | ||
US4688522A (en) | Fluid power transfer device and fuel system therefor | |
US4799870A (en) | Fluid power transfer device | |
US3447476A (en) | Rotary fluid device | |
US6579081B1 (en) | Spherical positive-displacement rotary machine | |
RU2158371C1 (ru) | Объемная сферическая роторная машина | |
GB2183732A (en) | Sinusoidal pump/motor | |
RU2156862C1 (ru) | Объемная сферическая роторная машина | |
RU2158370C1 (ru) | Объемная сферическая роторная машина | |
US20220136392A1 (en) | Rotary Machine | |
RU2154737C2 (ru) | Роторно-поршневая машина | |
US5071330A (en) | Roller-vane hydraulic machine | |
WO1994018434A1 (en) | Fluid displacement apparatus | |
RU2117766C1 (ru) | Роторная машина | |
RU2076220C1 (ru) | Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (варианты) | |
US2765750A (en) | Fluid pump or motor | |
RU2270343C2 (ru) | Сферическая роторная машина с тороидальными поршнями |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090323 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110910 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130323 |