RU2151879C1

RU2151879C1 - Positive displacement machine

Info

Publication number: RU2151879C1
Application number: RU98119337A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Юша; В.В. Танкин
Original assignee: Омский государственный технический университет
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compression and displacement of gases. SUBSTANCE: machine has housing, rotor installed on shaft mechanically coupled with drive mechanism, valve actuating members, fan and flywheel. Machine has cylinder connected with drive mechanism. Fan blades and flywheel are secured on cylinder. Fan and flywheel are rigidly interconnected. EFFECT: improved mass and dimensional characteristics of machine and its balancing. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для сжатия и перемещения газов. The invention relates to the field of power engineering and is intended for compression and movement of gases.

Известны поршневые машины объемного действия, содержащие корпус с кривошипношатунным механизмом привода, цилиндр, закрепленный на корпусе, в котором, с возможностью перемещения, размещен цилиндрический поршень, образующий со стенками цилиндра одну или несколько рабочих камер, поршень соединен с механизмом привода, на цилиндре расположены органы газораспределения в виде самодействующих клапанов, взаимодействующие с образованными в цилиндре рабочими камерами, на механизме привода установлены маховик и вентилятор [1]. Known reciprocating piston machines containing a housing with a crank drive mechanism, a cylinder mounted on the housing, in which, with the possibility of movement, is a cylindrical piston forming one or more working chambers with the cylinder walls, the piston is connected to the drive mechanism, organs are located on the cylinder gas distributions in the form of self-acting valves interacting with working chambers formed in the cylinder; a flywheel and a fan are installed on the drive mechanism [1].

Такие машины, имея в своей конструкции возвратно-поступательно движущиеся узлы и детали, отличаются существенной неуравновешенностью и, как следствие, известными ограничениями по быстроходности и, соответственно, завышенными габаритными размерами и весом. Наличие маховика и вентилятора также ведет к увеличению массогабаритных параметров. Such machines, having in their design reciprocating moving units and parts, are distinguished by significant imbalance and, as a result, by well-known restrictions on speed and, accordingly, overestimated overall dimensions and weight. The presence of a flywheel and a fan also leads to an increase in weight and size parameters.

Указанные недостатки поршневых машин частично отсутствуют в машинах объемного действия ротационного типа. The indicated drawbacks of piston machines are partially absent in rotary-type volumetric machines.

Известны машины объемного действия ротационного типа, включающие корпус с окнами всасывания и нагнетания, размещенные в корпусе с образованием рабочих камер роторы с боковыми поверхностями, образованными каоксиальными цилиндрическими внутренней и наружной поверхностями разного радиуса и двумя плоскими поверхностями, параллельными оси вращения роторов, механизм синхронизации вращения роторов с передаточным диском [2]. Known rotary-type volumetric machines, including a housing with suction and discharge windows, housed in the housing to form working chambers, rotors with side surfaces formed by kaoxial cylindrical inner and outer surfaces of different radii and two flat surfaces parallel to the axis of rotation of the rotors, rotor synchronization mechanism with a transfer disk [2].

По сравнению с поршневыми такие ротационные машины лучше уравновешены за счет отсутствия возвратно-поступательно движущихся деталей, поэтому более быстроходны. Однако для сглаживания неравномерности вращения приводного вала машина должна содержать маховик, а для эффективного охлаждения - вентилятор и оребрение цилиндра, что в совокупности приводит к увеличению массогабаритных параметров машины. Compared to piston, such rotary machines are better balanced due to the absence of reciprocating moving parts, therefore they are faster. However, to smooth out the uneven rotation of the drive shaft, the machine must contain a flywheel, and for effective cooling - a fan and cylinder fins, which together leads to an increase in the mass-dimensional parameters of the machine.

Наиболее близкой к заявляемой является машина объемного действия, содержащая корпус с торцевыми крышками, механизмом привода, закрепленным на нем, в котором с возможностью вращения размещены два соосных лопастных ротора, образующих в кожухе рабочие камеры, роторы соединены с механизмом привода, который обеспечивает их вращение с различными переменными угловыми скоростями, на кожухе расположены органы газораспределения, взаимодействующие с рабочими камерами, на механизме привода установлен маховик для сглаживания неравномерности противодействующего момента, а для охлаждения кожуха и корпуса установлен вентилятор (маховик и вентилятор условно не показаны) [3]. Closest to the claimed one is a volumetric machine comprising a housing with end caps, a drive mechanism mounted on it, in which two coaxial blade rotors are placed rotatably, forming working chambers in the casing, the rotors are connected to a drive mechanism that allows them to rotate with different variable angular velocities, on the casing there are gas distribution bodies that interact with working chambers, a flywheel is installed on the drive mechanism to smooth out unevenness operating moment, and a fan is installed to cool the casing and case (the flywheel and fan are not shown conditionally) [3].

Недостатком прототипа являются значительные массогабаритные параметры. The disadvantage of the prototype are significant weight and size parameters.

Задача изобретения - снижение массогабаритных параметров машины объемного действия. The objective of the invention is the reduction of weight and size parameters of the machine volumetric action.

Поставленная задача достигается тем, что известная машина объемного действия, содержащая корпус, ротор, установленный на валу, кинематически соединенном с механизмом привода, органы газораспределения, вентилятор и маховик, снабжена цилиндром, соединенным с механизмом привода, лопасти вентилятора и маховик закреплены на цилиндре, вентилятор и маховик жестко соединены между собой. This object is achieved in that the known volumetric machine comprising a housing, a rotor mounted on a shaft kinematically connected to a drive mechanism, a gas distribution device, a fan and a flywheel, is equipped with a cylinder connected to the drive mechanism, the fan blades and the flywheel are mounted on the cylinder, the fan and the flywheel are rigidly interconnected.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1,2 схематично показана заявляемая машина с монолитным ротором с двумя лопастями; на фиг. 3,4 представлена конструкция, в которой ротор выполнен, сборным и содержит четыре лопасти. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1.2 schematically shows the inventive machine with a monolithic rotor with two blades; in FIG. 3.4 presents a design in which the rotor is made prefabricated and contains four blades.

Машина объемного действия (фиг. 1,2) содержит корпус 1 с размещенным в нем механизмом привода (условно не показан); цилиндр 2, закрепленный в корпусе 1 в опорах 3 с возможностью вращения, в цилиндре 2 в опорах 4 подвижно размещен (с возможностью относительного поворота) ротор 5, выполненный в виде вала 6 с двумя лопастями 7. Ротор 5 и цилиндр 2 образуют рабочие камеры 8, 9, 10, 11. Цилиндр 2 и ротор 5 соединены с механизмом движения. Между цилиндром 2 и корпусом 1 установлены уплотнения 12, а между цилиндром 2 и валом 6 - уплотнения 13. В цилиндре 2 выполнены проточки 14 с размещенными в них самодействующими клапанами 15, 16, 17, 18 и проточки 19, а в роторе 5 выполнены проточки 20, 21, 22, причем в проточках 20 установлены самодействующие клапаны 23, 24, 25, 26 и технологические заглушки 27. В корпусе 1 выполнена кольцевая сборная камера 28 и проточка 29. The volumetric action machine (Fig. 1,2) comprises a housing 1 with a drive mechanism located therein (conventionally not shown); the cylinder 2, mounted in the housing 1 in the supports 3 with the possibility of rotation, in the cylinder 2 in the supports 4 is movably placed (with the possibility of relative rotation) of the rotor 5, made in the form of a shaft 6 with two blades 7. The rotor 5 and cylinder 2 form the working chambers 8 , 9, 10, 11. Cylinder 2 and rotor 5 are connected to the movement mechanism. Seals 12 are installed between the cylinder 2 and the housing 1, and seals 13 are installed between the cylinder 2 and the shaft 6. Grooves 14 are made in cylinder 2 with self-acting valves 15, 16, 17, 18 and grooves 19, and grooves are made in rotor 5 20, 21, 22, and in the grooves 20 there are self-acting valves 23, 24, 25, 26 and technological plugs 27. An annular collecting chamber 28 and a groove 29 are made in the housing 1.

На цилиндре 2 установлен вентилятор 30 и маховик 31. A fan 30 and a flywheel 31 are mounted on cylinder 2.

Цилиндр 2, вентилятор 30 и маховик 31 жестко соединены между собой и, например, через вал 32 соединяются с приводным двигателем (условно не показан). На цилиндре 2 установлено устройство 33 для забора рабочего тела. Cylinder 2, fan 30 and flywheel 31 are rigidly interconnected and, for example, are connected to a drive motor (not shown conventionally) through a shaft 32. On the cylinder 2, a device 33 for collecting the working fluid is installed.

На фиг. 3,4 показан вариант заявляемой машины объемного действия, в конструкции которой ротор 5 выполнен сборным и содержит вал 6 и четыре закрепленные на нем лопасти 7, образующие в цилиндре 2 рабочие камеры 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37, сообщающиеся с устройством 33 для забора рабочего тела через клапаны 15, 16, 17, 18, 38, 39, 40, 41, а с проточками 20, 21 через клапан 23, 24, 25, 26, 42, 43, 44, 45. In FIG. 3.4 shows a variant of the inventive machine volumetric action, in the design of which the rotor 5 is made prefabricated and contains a shaft 6 and four blades 7 mounted on it, forming in the cylinder 2 working chambers 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37 communicating with the device 33 for the intake of the working fluid through the valves 15, 16, 17, 18, 38, 39, 40, 41, and with the grooves 20, 21 through the valve 23, 24, 25, 26, 42, 43, 44, 45 .

Машина объемного действия на (фиг. 1, 2)работает следующим образом. Крутящий момент от приводного двигателя через вал 32 передается на маховик 31, цилиндр 2 и вентилятор 30; затем от цилиндра 2 крутящий момент передастся на механизм движения, а через него - на вал 6 и лопасти 7 ротора 5. The machine volumetric action (Fig. 1, 2) works as follows. Torque from the drive motor through the shaft 32 is transmitted to the flywheel 31, cylinder 2 and fan 30; then, from the cylinder 2, the torque is transmitted to the movement mechanism, and through it to the shaft 6 and the blades 7 of the rotor 5.

При этом цилиндр 2 и ротор 5 вращаются в одну сторону, однако цилиндр 2 вращается с постоянной по величине угловой скоростью, а ротор 5 - с переменной угловой скоростью, что обеспечивается конструкцией механизма движения [4] . При этом изменяются геометрические объемы рабочих камер 8, 9, 10, 11, что позволяет реализовать в них рабочий цикл объемного действия. Рассмотрим, например, камеру 8. При увеличении ее объема в ней происходит разрежение, вследствие чего открывается клапан 17 и рабочее тело (газ или жидкость) через проточки 14 поступает в камеру 8, наполняя ее, до тех пор, пока объем последней не достигнет максимальной величины, затем начинается уменьшение объема камеры 8, при котором растет давление рабочего тела, находящегося в этой камере, вследствие чего открывается клапан 23, и рабочее тело выдавливается из камеры 8 по проточкам 19, 20, 21, 22, камере 28 и проточке 29 к потребителю. Аналогично протекает рабочий процесс в камерах 9, 10, 11. In this case, cylinder 2 and rotor 5 rotate in the same direction, however, cylinder 2 rotates with a constant angular velocity, and rotor 5 with a variable angular velocity, which is ensured by the design of the movement mechanism [4]. In this case, the geometric volumes of the working chambers 8, 9, 10, 11 are changed, which makes it possible to realize a working cycle of volumetric action in them. Consider, for example, chamber 8. With an increase in its volume, a rarefaction occurs in it, as a result of which the valve 17 opens and the working fluid (gas or liquid) enters the chamber 8 through the grooves 14, filling it until the volume of the latter reaches the maximum magnitude, then the reduction in the volume of the chamber 8 begins, at which the pressure of the working fluid located in this chamber increases, as a result of which the valve 23 opens, and the working fluid is squeezed out of the chamber 8 along the grooves 19, 20, 21, 22, the chamber 28 and the groove 29 to to the consumer. The workflow proceeds in a similar manner in chambers 9, 10, 11.

При вращении цилиндра 2 лопасти вентилятора 30 захватывают охлаждающую среду (например воздух), в которой находится цилиндр 2 и прокачивают ее вдоль своих поверхностей так, как это реализуется в любой лопастной машине [5]. При этом к охлаждающей среде отводится тепло от нагретой поверхности цилиндра 2 и от самих лопаток вентилятора 30, которые в этом случае дополнительно выполняют функцию оребрения цилиндра 2. When the cylinder 2 rotates, the blades of the fan 30 capture the cooling medium (for example, air) in which the cylinder 2 is located and pump it along its surfaces as it is implemented in any blade machine [5]. In this case, heat is removed to the cooling medium from the heated surface of the cylinder 2 and from the fan blades 30 themselves, which in this case additionally perform the function of fins of the cylinder 2.

Вследствие изменения давления рабочего тела в рабочих камерах 8, 9, 10, 11 при изменении угла поворота приводного вала 32, а также вследствие неравномерного вращения ротора 5 и механизма движения противодействующий момент на валу 32 со стороны описываемой машины объемного действия в течение полного оборота является переменным, что является признаком неуравновешенности машины. Однако конструктивные параметры цилиндра 2, вентилятора 30 и маховика 31 обеспечивают их большой суммарный момент инерции; и так как все они жестко связаны с приводным валом 32, то все вместе выполняют функцию маховика. Это позволяет без существенного увеличения массогабаритных параметров маховика 31 обеспечить эффективное сглаживание изменений величины противодействующего момента и тем самым решить вопрос уравновешенности машины. Due to changes in the pressure of the working fluid in the working chambers 8, 9, 10, 11 with a change in the angle of rotation of the drive shaft 32, as well as due to the uneven rotation of the rotor 5 and the movement mechanism, the opposing moment on the shaft 32 from the side of the described volumetric action machine for a full revolution is variable , which is a sign of imbalance in the machine. However, the design parameters of the cylinder 2, the fan 30 and the flywheel 31 provide their large total moment of inertia; and since they are all rigidly connected to the drive shaft 32, all together fulfill the function of a flywheel. This allows without a significant increase in the weight and size parameters of the flywheel 31 to ensure effective smoothing of changes in the magnitude of the opposing moment and thereby solve the issue of balance of the machine.

Машина объемного действия (фиг. 3, 4) со сборным ротором 5 работает аналогичным образом; отличие состоит лишь в том, что рабочий процесс протекает в большем количестве рабочих камер 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37. A volumetric machine (Fig. 3, 4) with a prefabricated rotor 5 works in a similar way; the only difference is that the working process takes place in a larger number of working chambers 8, 9, 10, 11, 34, 35, 36, 37.

Таким образом, предлагаемая машина объемного действия позволяет снизить массогабаритные параметры, по сравнению с ранее известными, улучшить ее уравновешенность. Thus, the proposed machine volumetric action allows to reduce the overall dimensions, in comparison with previously known, to improve its balance.

Источники информации
1. Поршневые компрессоры /Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилутский, П. И. Пластинин. - Л.;Машиностроение, 1987, с. 315- 323.Sources of information
1. Piston compressors / B.S. Fotin, I.B. Pirumov, I.K. Prilutsky, P.I. Plastinin. - L.; Engineering, 1987, p. 315- 323.

2. А.с. СССР N 1612114 A1, кл. F 04 C 18/00, 2/00, 1990. 2. A.S. USSR N 1612114 A1, cl. F 04 C 18/00, 2/00, 1990.

3. Патент РФ N 2010982, МКИ⁵ F 04 C 2/00, 1994.3. RF patent N 2010982, MKI ⁵ F 04 C 2/00, 1994.

4. Юша В.Л. Классификация конструктивных схем машин объемного действия с нелинейной синхронизацией роторов и анализ их уравновешенности. Омский политехнический институт - Омск, 1990, Деп. В ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ 14.05.90, N 2118- ХМ90. 4. Yusha V.L. Classification of structural schemes of volumetric action machines with nonlinear synchronization of rotors and analysis of their balance. Omsk Polytechnic Institute - Omsk, 1990, Dep. In TSINTIHIMNEFTEMASH 05/14/90, N 2118-ХМ90.

5. Шмитченко З. С. Насосы, компрессоры и вентиляторы. Киев, "Техника", 1976 - с. 187-237, 339-349. 5. Shmitchenko Z. S. Pumps, compressors and fans. Kiev, "Technique", 1976 - p. 187-237, 339-349.

Claims

A volumetric machine comprising a housing, a rotor mounted on a shaft kinematically connected to the drive mechanism, gas distribution bodies, a fan and a flywheel, characterized in that the machine is equipped with a cylinder connected to the drive mechanism, the fan blades and the flywheel are fixed to the cylinder, the fan and the flywheel rigidly interconnected.