RU2177063C2

RU2177063C2 - Роторная машина

Info

Publication number: RU2177063C2
Application number: RU99121733/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Стариков
Original assignee: Тюменский государственный нефтегазовый университет
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-12-20

Abstract

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания. Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной. Одна лопасть имеет спрофилированный диск с четырьмя профилированными накладками, а другая состоит из двух аналогичных дисков с двумя профилированными вставками. Спрофилированный диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине. Каждый из двух аналогичных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал. Лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов с обоих сторон лопастей и связаны шарнирно с кольцевым выступом в барабанах с помощью шатунов, причем барабаны имеют с внешней торцевой поверхности монолитно выполненные с ними валы, которые установлены на подшипниках в подвижных цилиндрических втулках, имеющих возможность перемещения и фиксации относительно пустотелых цилиндрических крышек, жестко закрепленных с полым цилиндрическим корпусом. В перпендикулярной плоскости оси вращения валов по координатной сетке на величину плюс-минус эксцентриситета в диапазоне от 0 до е_max, который определяется по определенной формуле. Снижаются удельные нагрузки. 3 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к объемным роторным машинам и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.

Известен механизм преобразования равномерного вращения в неравномерное с регулируемой амплитудой скорости вращения, содержащий корпус, коаксиально расположенные в нем ведущий и ведомый валы с кривошипами и охватывающее их кольцо с выступом на его внутренней поверхности, которое установлено в корпусе в плоскости, перпендикулярной оси валов, с возможностью перемещения в ней в направлении параллельно этим осям (а.с. СССР N 781456, F 16 H 21/48, 1980).

Недостатком известного механизма связи является несбалансированность вращающихся элементов и отсутствие передачи постоянного крутящего момента на вал отбора мощности от неравномерно вращающихся коаксиальных валов.

Известна роторно-объемная машина, содержащая полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены две пары лопастей, жестко соединенные с двумя соосными валами, и механизм синхронизации движения лопастей, последний выполнен в виде двух шестерен соосных валов, входящих в зацепление с двумя шестернями, одна из которых жестко связана с кривошипом кривошипно-ползунного механизма, а другая с кулисой, в пазу которой перемещается палец, установленный на средней части шатуна кривошипно-ползунного механизма, причем направляющая ползуна установлена на корпусе с возможностью поворота (а.с. СССР N 973878, F 01 C 5/02, F 04 C 5/00, 1982).

Недостатком известной роторной машины объемного типа является то, что восприятие ударных нагрузок механизмом связи приходится на зубья шестерен по линии контакта их зацепления, а также наличие возвратно-поступательных движений кривошипно-ползунного механизма.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа роторная машина с механизмом синхронизации (патент РФ N 2117766, F 01 C 1/063, 1998), содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены две лопасти с роликами и валами, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, и эксцентрично их оси вращения механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной, причем крепление валов с роликами, контактирующих с крестовиной механизма связи, осуществляется установкой последних на двух опорах в разборных лопастях, одна лопасть состоит из двух одинаково спрофилированных дисков с двумя отверстиями в них, расположенными симметрично относительно оси вращения в диаметрально противоположных направлениях, соединенных двумя профилированными вставками, другая состоит из двух аналогичных дисков с четырьмя профилированными накладками, сегментными вырезами для вала, расположенными симметрично относительно оси вращения лопастей, перпендикулярно к диаметру, проходящему через два отверстия, и третьего спрофилированного диска с полой цилиндрической внутренней частью.

Недостатком известной роторной машины является то, что значительные нагрузки распределяются на малую площадь контакта роликов и направляющих крестообразного механизма связи.

Задачей изобретения является то снижение удельных нагрузок, что достигается изменением конструкции сборных лопастей и механизма связи.

Технический результат достигается тем, что в роторной машине, содержащей полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной, одна лопасть имеет спрофилированный диск с четырьмя профилированными накладками, а другая состоит из двух аналогичных дисков с двумя профилированными вставками, согласно изобретению спрофилированный диск одной лопасти монолитно соединен с валом по середине, каждый из двух аналогичных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал, лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов с обоих сторон лопастей и связаны шарнирно с кольцевыми выступами в барабанах с помощью шатунов, причем барабаны имеют с внешней торцевой поверхности монолитно выполненные с ними валы, которые установлены на подшипниках в подвижных цилиндрических втулках, имеющих возможность перемещения и фиксации относительно пустотелых цилиндрических крышек, жестко закрепленных с полым цилиндрическим корпусом, в перпендикулярной плоскости оси вращения по координатной сетке на величину плюс-минус эксцентриситета в диапазоне от 0 до e_max, который определяется по формуле

где e_max - максимально возможный эксцентриситет валов, установленных в цилиндрических подвижных втулках относительно оси вращения лопастей;
r - радиус кривошипа;
φ - угол между осями симметрии лопастей, проходящих через профилированные выступы в диаметрально противоположных направлениях, при максимальном их сближении;
причем длина шатунов определяется по формуле
l = 2r sin(45^°-φ/2),
радиус точки крепления шатунов в кольцевых выступах барабанов по формуле

На фиг. 1 - 3 представлена роторная машина, продольный и поперечные разрезы.

Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус 1 с торцевыми крышками, в котором размещены лопасти 2, 3, механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной. Лопасть 2 установлена в лопасти 3 на подшипниках 4, а лопасть 3 - на подшипниках 5 в торцевых крышках 6 и зафиксированы крышками 7.

Лопасть 2 имеет спрофилированный диск 8, монолитно соединенный с валом 9 посередине, и четыре накладки 10, а лопасть 3 состоит из двух аналогичных дисков 11, каждый из которых с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненные с ними пустотелые валы 12, и двух вставок 13.

Лопасти 2, 3 соединены через кривошипы 14, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов 9, 12 с обоих сторон лопастей 2, 3 и связаны шарнирно с кольцевыми выступами 15 в барабанах 16 с помощью шатунов 17. Барабаны 16 с внешней стороны торцевой поверхности имеют монолитно выполненные с ними валы 18, которые установлены на подшипниках 19 в подвижных цилиндрических втулках 20 и зафиксированы крышками 21. Цилиндрические втулки 20 имеют возможность перемещения относительно пустотелых цилиндрических крышек 22, закрепленных с полым цилиндрическим корпусом 1.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1 и торцевых крышек 6, профилированные диски лопастей 2, 3, вставки и накладки 10, 13 образуют рабочие камеры 23 переменного объема.

В режиме насоса или компрессора машина работает следующим образом.

Вращение валов 18 с барабанами 16 преобразуют движение лопастей 2, 3 при помощи шарнирно связанных кривошипов 14 и шатунов 17 в неравномерное вращение, которое приводит к изменению объемов 23.

В режиме двигателя внутреннего сгорания предусмотрена свеча зажигания 24, и машина работает следующим образом.

В рабочих камерах 23 протекают термодинамические циклы, в результате которых лопастям 2, 3 и валам 9, 12 сообщается неравномерное вращение, преобразующееся через кривошипы 14 и шатуны 17, связанные с кольцевыми выступами 15 барабанов 16, в равномерное вращение валов 18.

Таким образом, изменение конструкции сборных лопастей 2, 3 и их шарнирной связи кривошипами 14 и шатунами 17 в барабанах 16 с монолитными валами 18 и их симметричным расположением с двух сторон обеспечивает прочность, сбалансированность всех вращающихся элементов роторной машины и увеличивают контактную площадь восприятия удельных нагрузок.

Claims

Роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с торцевыми крышками, внутри которого установлены две лопасти, делящие полость корпуса на четыре замкнутых объема, механизм синхронизации в виде вала с монолитной крестовиной, одна лопасть имеет спрофилированный диск с четырьмя профилированными накладками, а другая состоит из двух аналогичных дисков с двумя профилированными вставками, отличающаяся тем, что спрофилированный диск одной лопасти монолитно соединен с валом посередине, каждый из двух аналогичных дисков другой лопасти с одной стороны торцевой поверхности по оси вращения имеет монолитно выполненный с ним пустотелый вал, лопасти соединены между собой через кривошипы, которые жестко установлены на концах монолитного и пустотелых валов с обеих сторон лопастей и связаны шарнирно с кольцевыми выступами в барабанах с помощью шатунов, причем барабаны имеют с внешней торцевой поверхности монолитно выполненные с ними валы, которые установлены на подшипниках в подвижных цилиндрических втулках, имеющих возможность перемещения и фиксации относительно пустотелых цилиндрических крышек, жестко закрепленных с полым цилиндрическим корпусом, в перпендикулярной плоскости оси вращения по координатной сетке на величину плюс-минус эксцентриситета в диапазоне от 0 до e_max, который определяется по формуле

где e_max - максимально возможный эксцентриситет валов, установленных в цилиндрических подвижных втулках относительно оси вращения лопастей;
r - радиус кривошипа;
φ - угол между осями симметрии лопастей, проходящих через профилированные выступы в диаметрально противоположных направлениях, при максимальном их сближении,
причем длина шатунов определяется по формуле
l = 2r sin(45^°-φ/2),
радиус точки крепления шатунов в кольцевых выступах барабанов по формуле
М