RU2281400C1

RU2281400C1 - Rotary machine

Info

Publication number: RU2281400C1
Application number: RU2005104387/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Стариков (RU); Валерий Александрович Стариков; сова Инга Александровна Марь (RU); Инга Александровна Марьясова; Тать на Владимировна Здыренкова (RU); Татьяна Владимировна Здыренкова
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to positive displacement rotary machines and it can be used in compressors, pumps and internal combustion engines. Proposed rotary machine contains hollow cylindrical housing 1 with working medium inlet and outlet channels, end face covers 6, two assembly coaxial blades sealed by assembly sealings along end face surfaces of rotors 9, 10 and end face covers. Said assembly sealings consist of three split metal rings 17, 18, 19 of different diameter. Outer diameter of pair of rings 17, 18 strictly coincides with inner diameter of bore of rotors 9, 10 and end face covers 6 which is inner diameter of blade working chambers. Pair of rings 17, 18 is fitted for movement on smaller diameter ring. Width of said rings coincides with width of smaller ring 19. Pair of outer rings is radially spring-loaded by coiled ring spring fitted in grooves along inner diameter of smaller ring 19. All three rings 17, 18, 19 are spring-loaded in axial direction by flat wavy ring spring fitted in ring groove of end face surface of rotors and covers. Splits of sealing rings are shifted relative to each other through 120° and are fixed relative to each other, rotor and end face cover by means of pair of dowels.

EFFECT: improved reliability of end face sealings owing to reduction of leaks of working medium and friction, increased efficiency of rotary machine.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к объемно-роторным машинам, и может быть использовано в компрессорах, насосах и двигателях внутреннего сгорания.The invention relates to the field of engineering, in particular to rotary volume machines, and can be used in compressors, pumps and internal combustion engines.

Известна роторная машина, содержащая корпус, торцевые крышки и валы, соосно установленные на подшипниках в крышках, лопастные роторы размещены на валах с образованием рабочих камер. Уплотнительные пластины вставлены в пазы лопастей и поджаты упругими элементами. Комплект разрезных профилированных пластин в собранном состоянии образует в пазу внутреннее пространство, в котором расположен упругий элемент (см. RU 2018696 C1, 30.08.1994, F 01 C 19/00).Known rotary machine containing a housing, end caps and shafts coaxially mounted on bearings in the covers, the blade rotors are placed on the shafts with the formation of the working chambers. Sealing plates are inserted into the grooves of the blades and are tightened by elastic elements. A set of split profiled plates in the assembled state forms in the groove an internal space in which the elastic element is located (see RU 2018696 C1, 08.30.1994, F 01 C 19/00).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, известной роторной машины является значительное трение, низкая эффективность работы из-за наличия утечек рабочего тела в зазоры, образующиеся в угловых сопряжениях корпуса и торцевых крышек, при поджатии профилированных уплотнительных пластин упругим элементом.The reason that impedes the achievement of the required technical result, the well-known rotary machine is significant friction, low efficiency due to the presence of leaks of the working fluid in the gaps formed in the angular joints of the housing and end caps, when the profiled sealing plates are pressed by the elastic element.

Известно торцевое уплотнение роторной машины, содержащее жесткое неразрезное кольцо и упругий элемент, выполненный в виде тонкостенного кольца U-образного сечения, установленный в проточках между кольцом и торцом ротора (SU 565103 A, 15.07.1977, F 01 C 19/08).A mechanical seal of a rotary machine is known, comprising a rigid continuous ring and an elastic element made in the form of a thin-walled U-shaped ring mounted in grooves between the ring and the end of the rotor (SU 565103 A, 07.15.1977, F 01 C 19/08).

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, известного торцевого уплотнения роторной машины, является наличие зазоров в осевом направлении по всей окружности торцевой поверхности ротора.The reason that impedes the achievement of the required technical result, the known mechanical seal of the rotor machine, is the presence of gaps in the axial direction along the entire circumference of the end surface of the rotor.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой роторной машине является выбранная в качестве прототипа роторная машина, содержащая полый цилиндрический корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, торцевые крышки, соосные валы, установленные на подшипниках в крышках, и пару лопастных роторов, размещенных на валах с образованием рабочих камер (SU 1788305 A, 15.01.1993, F 01 C 19/08). В пазах лопастей установлены подпружиненные осевые и радиальные уплотнительные элементы, выполненные в виде пластин. Соосные лопасти по торцевым поверхностям роторов уплотнены подпружиненными разрезными кольцами, установленными в расточках торцевых крышек, диаметр которых совпадает с диаметром лопастей ротора, на котором жестко закреплены лопасти.Closest to the technical nature of the claimed rotary machine is a rotary machine selected as a prototype, comprising a hollow cylindrical body with channels for supplying and discharging a working medium, end caps, coaxial shafts mounted on bearings in the caps, and a pair of rotor blades mounted on shafts with the formation of working chambers (SU 1788305 A, 01/15/1993, F 01 C 19/08). In the grooves of the blades mounted spring-loaded axial and radial sealing elements made in the form of plates. The coaxial blades along the end surfaces of the rotors are sealed with spring-loaded split rings installed in the bores of the end caps, the diameter of which coincides with the diameter of the rotor blades on which the blades are rigidly fixed.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата известной роторной машины, является снижение эффективности уплотнения торцевых поверхностей разрезными кольцами, через разрезы которых происходят утечки рабочей среды в осевом направлении.The reason that impedes the achievement of the required technical result of the known rotary machine is the decrease in the sealing efficiency of the end surfaces with split rings, through the cuts of which the medium leaks in the axial direction.

Задачей изобретения является создание роторной машины, отвечающей современным требованиям.The objective of the invention is the creation of a rotary machine that meets modern requirements.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности торцевых уплотнений путем снижения утечек рабочей среды, трения и в повышении КПД роторной машины, что достигается изменением конструкции уплотнительных элементов торцевых поверхностей как в радиальном, так и в осевом направлении.When carrying out the invention, the task is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the reliability of mechanical seals by reducing leakage of the working medium, friction and increasing the efficiency of the rotary machine, which is achieved by changing the design of the sealing elements of the end surfaces in both radial and axial directions .

Указанный технический результат достигается тем, что роторная машина содержит полый цилиндрический корпус с каналами подвода и отвода рабочей среды, торцевые крышки, две сборные соосные лопасти, часть элементов которых выполнена монолитно с роторами соосных валов, другая - жестко закреплена с монолитной частью сборной лопасти, установленные на подшипниках в роторах и торцевых крышках. Сборные соосные лопасти по торцевым поверхностям роторов и торцевых крышек уплотнены сборными уплотнениями, состоящими из трех разрезных металлических колец разного диаметра. Внешний диаметр пары колец строго совпадает с внутренним диаметром расточки роторов и торцевых крышек, который является внутренним диаметром рабочих камер сборных лопастей. На кольцо малого диаметра подвижно надевается пара колец, ширина которых совпадает с шириной малого кольца. В радиальном направлении пара внешних колец подпружинена кольцевой пружиной, вставленной в проточки по внутреннему диаметру малого кольца, в осевом направлении все три кольца подпружинены плоской волнообразной кольцевой пружиной, расположенной в кольцевой проточке торцевой поверхности. Разрезы уплотнительных колец сдвинуты относительно друг друга на 120° и зафиксированы между собой ротором и торцевой крышкой парой штифтов.The specified technical result is achieved by the fact that the rotary machine contains a hollow cylindrical body with channels for supplying and discharging the working medium, end caps, two prefabricated coaxial blades, some of which are made in one piece with the rotors of the coaxial shafts, the other is rigidly fixed to the monolithic part of the prefabricated blade on bearings in rotors and end caps. Prefabricated coaxial blades on the end surfaces of the rotors and end caps are sealed by prefabricated seals consisting of three split metal rings of different diameters. The outer diameter of the pair of rings strictly coincides with the inner diameter of the bore of the rotors and end caps, which is the inner diameter of the working chambers of the prefabricated blades. A pair of rings, the width of which coincides with the width of the small ring, is slidably mounted on a ring of small diameter. In the radial direction, the pair of outer rings is spring-loaded with an annular spring inserted into the grooves along the inner diameter of the small ring; in the axial direction, all three rings are spring-loaded with a flat wave-like annular spring located in the annular groove of the end surface. The cuts of the sealing rings are shifted relative to each other by 120 ° and are fixed to each other by a rotor and an end cover by a pair of pins.

Анализ прототипа показывает, что заявляемое техническое решение отличается тем, что торцевые поверхности уплотняются строго по внутреннему диаметру лопастей и ротора сборными уплотнениями. Сборные уплотнения состоят из трех разрезных металлических колец разного диаметра. Пара уплотнительных колец установлена подвижно на внешней поверхности малого кольца, причем ширина пары колец равна ширине малого кольца. В радиальном направлении три сборных кольца подпружинены витой кольцевой пружиной, установленной в проточках внутреннего малого кольца, причем разрезы трех сборных уплотнительных колец сдвинуты относительно друг друга на 120° и зафиксированы между собой и корпусом парой штифтов.Analysis of the prototype shows that the claimed technical solution is characterized in that the end surfaces are sealed strictly along the inner diameter of the blades and rotor with prefabricated seals. Prefabricated seals consist of three split metal rings of different diameters. A pair of o-rings is mounted movably on the outer surface of the small ring, the width of the pair of rings being equal to the width of the small ring. In the radial direction, the three prefabricated rings are spring-loaded with a twisted ring spring installed in the grooves of the inner small ring, and the cuts of the three prefabricated sealing rings are shifted by 120 ° relative to each other and fixed to each other and the body by a pair of pins.

На фиг.1 представлен общий вид (продольное сечение А-А),Figure 1 presents a General view (longitudinal section aa),

на фиг.2 изображено поперечное сечение устройства Б-Б на фиг.1,figure 2 shows a cross section of the device BB in figure 1,

на фиг.3 изображено поперечное сечение устройства В-В на фиг.1.figure 3 shows a cross section of the device BB in figure 1.

Роторная машина содержит полый цилиндрический корпус 1 с каналами подвода 2, 3 и отвода 4, 5 рабочей среды, торцевые крышки 6, две сборные соосные лопасти, часть элементов 7, 8, которых выполнена монолитно с роторами 9, 10 соосных валов 11, 12, другая часть элементов 13, 14 жестко закреплена с монолитной частью сборной лопасти, установленные на подшипниках 15, 16 симметрично в роторах и торцевых крышках. Сборные соосные лопасти по торцевым поверхностям роторов 9, 10 и торцевых крышек 6 уплотнены сборными уплотнениями, состоящими из трех разрезных металлических колец разного диаметра 17, 18, 19. Внешний диаметр пары колец 17, 18 строго совпадает с внутренним диаметром расточки роторов 9, 10 и торцевых крышек 6, который является внутренним диаметром рабочих камер 20 сборных лопастей. На кольцо малого диаметра подвижно надета пара колец 17, 18, ширина которых совпадает с шириной малого кольца 19. В радиальном направлении пара внешних колец подпружинена витой кольцевой пружиной 23, вставленной в проточки по внутреннему диаметру малого кольца 19, в осевом направлении все три кольца 17, 18, 19 подпружинены плоской волнообразной кольцевой пружиной 24, расположенной в кольцевой проточке торцевой поверхности роторов и крышек. Разрезы уплотнительных колец сдвинуты относительно друг друга на 120° и зафиксированы между собой, ротором и торцевой крышкой парой штифтов 21, 22.The rotary machine contains a hollow cylindrical body 1 with channels for supplying 2, 3 and outlet 4, 5 of the working medium, end caps 6, two prefabricated coaxial blades, part of elements 7, 8, which are integral with rotors 9, 10 of coaxial shafts 11, 12, the other part of the elements 13, 14 is rigidly fixed to the monolithic part of the prefabricated blades mounted on bearings 15, 16 symmetrically in the rotors and end caps. Prefabricated coaxial blades on the end surfaces of the rotors 9, 10 and end caps 6 are sealed by prefabricated seals consisting of three split metal rings of different diameters 17, 18, 19. The outer diameter of the pair of rings 17, 18 strictly coincides with the inner diameter of the bores of the rotors 9, 10 and end caps 6, which is the inner diameter of the working chambers 20 of the prefabricated blades. A pair of rings 17, 18, the width of which coincides with the width of the small ring 19, is movably mounted on a small diameter ring. In the radial direction, the pair of outer rings is spring-loaded by a twisted ring spring 23 inserted into the grooves along the inner diameter of the small ring 19, in the axial direction all three rings 17 , 18, 19 are spring-loaded with a flat wave-like annular spring 24 located in the annular groove of the end surface of the rotors and covers. The cuts of the sealing rings are shifted relative to each other by 120 ° and are fixed to each other, by the rotor and the end cover by a pair of pins 21, 22.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 1, торцевые поверхности торцевых крышек 6, сборные лопасти 7, 13, 8, 14 вместе с установленными сборными уплотнениями образуют рабочие камеры 20 (фиг.3) переменного объема.The inner cylindrical surface of the housing 1, the end surfaces of the end caps 6, the prefabricated blades 7, 13, 8, 14 together with the installed prefabricated seals form working chambers 20 (Fig. 3) of variable volume.

При работе роторной машины газовая смесь с повышенным давлением стремится проникнуть из рабочих камер 20 между торцевыми поверхностями сборных лопастей 7, 13, 8, 14 и торцевых крышек 6 в смежные рабочие камеры и в атмосферу. Разрезные кольца 17, 18, 19 сборного уплотнения поджимаются в осевом направлении распорной силой волнообразной кольцевой пружины 24 и закрывают проход газа, причем разрезы колец сдвинуты относительно друг друга на 120°, что обеспечивает взаимное перекрытие зазоров и закрывает проход газа через них в радиальном направлении. В осевом направлении зазоры убираются парой разрезных колец 17, 18, установленных подвижно на внешней поверхности разрезного кольца 19. В проточках внутреннего диаметра кольца 19 установлена витая кольцевая пружина 23, которая обеспечивает в радиальном направлении поджатие разрезных колец 17, 18, 19 и препятствует протеканию газа в осевом направлении по всему уплотняемому диаметру. Силы прижатия разрезных колец 17, 18, 19 зависят от осевой деформации волнообразной кольцевой пружины 24 и от сжатия витой кольцевой пружины 23, усилия которых могут изменяться в широких пределах.When the rotary machine is operating, the gas mixture with increased pressure tends to penetrate from the working chambers 20 between the end surfaces of the collecting blades 7, 13, 8, 14 and the end caps 6 into adjacent working chambers and into the atmosphere. The split rings 17, 18, 19 of the assembly seal are axially compressed by the spacer force of the undulating annular spring 24 and close the gas passage, and the ring cuts are shifted by 120 ° relative to each other, which ensures mutual overlap of the gaps and closes the gas passage through them in the radial direction. In the axial direction, the gaps are removed by a pair of split rings 17, 18 mounted movably on the outer surface of the split ring 19. In the grooves of the inner diameter of the ring 19, a twisted ring spring 23 is installed, which provides a radial compression of the split rings 17, 18, 19 and prevents the flow of gas in the axial direction over the entire sealing diameter. The compressive forces of the split rings 17, 18, 19 depend on the axial deformation of the wave-like annular spring 24 and on the compression of the twisted annular spring 23, the forces of which can vary widely.

Таким образом, предложенная конструкция сборных уплотнений роторной машины позволяет, независимо от износа трущихся торцевых поверхностей сборного уплотнения, не нарушать заданные зазоры при сборке лопастей между собой и торцевыми крышками, что дает возможность использовать щелевое уплотнение сборных лопастей и обеспечить герметичность рабочих камер во всем диапазоне давлений и температур рабочей среды. При использовании щелевого уплотнения снижается трение, повышается надежность и КПД роторной машины.Thus, the proposed design of prefabricated rotor machine seals allows, regardless of the wear of the friction end surfaces of the prefabricated seal, not to violate the specified clearances when assembling the blades between themselves and the end caps, which makes it possible to use a slotted seal of the prefabricated blades and to ensure the tightness of the working chambers in the entire pressure range and working environment temperatures. When using a gap seal, friction is reduced, and the reliability and efficiency of the rotor machine are increased.

Claims

A rotary machine comprising a hollow cylindrical body with channels for supplying and discharging a working medium, end caps, two prefabricated coaxial blades, some of which are made in one piece with rotors of coaxial shafts, and the other is rigidly fixed with a monolithic part of the prefabricated blade mounted on bearings in the rotors and end caps, characterized in that the prefabricated coaxial vanes on the end surfaces of the rotors and end caps are sealed by prefabricated seals consisting of three split metal rings of different diameters, outside The diameter of the pair of rings strictly coincides with the inner diameter of the bore of the rotors and end caps, which is the inner diameter of the working chambers of the prefabricated blades, while a pair of rings are movably mounted on the small diameter ring, the width of which coincides with the width of the small ring, and in the radial direction the pair of outer rings spring-loaded with an annular spring inserted into the grooves along the inner diameter of the small ring; in the axial direction, all three rings are spring-loaded with a flat wave-like annular spring located in the the front groove of the end surface, and the cuts of the sealing rings are shifted relative to each other by 120 ° and are fixed to each other, by the rotor and the end cover by a pair of pins.