RU2301345C2 - Method of off-loading of working members of rotary positive-displacement machine (versions) and design of rotary positive-displacement machine - Google Patents
Method of off-loading of working members of rotary positive-displacement machine (versions) and design of rotary positive-displacement machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301345C2 RU2301345C2 RU2004133654/06A RU2004133654A RU2301345C2 RU 2301345 C2 RU2301345 C2 RU 2301345C2 RU 2004133654/06 A RU2004133654/06 A RU 2004133654/06A RU 2004133654 A RU2004133654 A RU 2004133654A RU 2301345 C2 RU2301345 C2 RU 2301345C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- rotor
- rotation
- relative
- separator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области машиностроения, а именно к роторным объемным машинам, которые могут быть использованы в качестве двигателей внутреннего сгорания, насосов, компрессоров и т.д.The invention relates to the field of engineering, namely to rotary volumetric machines that can be used as internal combustion engines, pumps, compressors, etc.
Известны объемные роторные машины с поршнями (поршнями), закрепленными на валу (см. патент РФ 2205274 С2, опубл., 27.05.2003). Как правило, поршни совершают вращательное движение относительно своих осей, возвратно-поступательные движения или качаются относительно вала и еще вращаются вместе с валом.Volumetric rotary machines with pistons (pistons) mounted on a shaft are known (see RF patent 2205274 C2, publ., 05.27.2003). Typically, the pistons rotate about their axes, reciprocate or swing relative to the shaft and still rotate with the shaft.
Недостатком известных машин, в которых поршень во время своего относительного движения (здесь и далее имеется в виду относительно вала) разделяет камеры с разными давлениями, является потеря мощности на трение в осях поршней, в парах их скольжения или качения соответственно, повышается износ этих мест. Эти процессы обычно тем интенсивней, чем больше относительная скорость и чем больше при этом нагрузка поршней. Поэтому для избежания потерь можно разнести во времени участки относительного движения поршней и участки, на которых поршни разделяют камеры с разными давлениями, или хотя бы снизить скорость их относительного движения под нагрузкой. Даже в устройствах, предполагающих равномерное вращение поршней вокруг своих осей, можно снизить износ и потери на трение, если в полной мере или частично уменьшить относительную скорость движения при наличии нагрузки перепадом давления и уменьшить или исключить перепад давления на участках с высокой относительной скоростью движения. При этом может появиться повышенный износ механизмов синхронизации из-за неравномерности движения поршней.A disadvantage of the known machines in which the piston during its relative motion (hereinafter referred to as relative to the shaft) separates chambers with different pressures is the loss of friction power in the axes of the pistons, in pairs of sliding or rolling, respectively, the wear of these places increases. These processes are usually the more intense, the greater the relative speed and the greater the load on the pistons. Therefore, in order to avoid losses, it is possible to separate in time the sections of the relative motion of the pistons and the sections on which the pistons separate the chambers with different pressures, or at least reduce the speed of their relative motion under load. Even in devices involving uniform rotation of the pistons around their axes, it is possible to reduce wear and friction losses if the relative speed is fully or partially reduced in the presence of a load with a pressure drop and the pressure drop in areas with a high relative speed is reduced or eliminated. In this case, increased wear of the synchronization mechanisms may appear due to the uneven movement of the pistons.
Техническим результатом является уменьшение потерь в роторной машине путем ослабления влияния неравномерности движения поршня на износ механизмов машины.The technical result is to reduce losses in a rotary machine by reducing the influence of uneven movement of the piston on the wear of the mechanisms of the machine.
Поставленная задача в части первого варианта способа разгрузки (по п.п. формулы 1-5) достигается тем, что в способе разгрузки рабочих элементов роторной объемной машины, содержащей, по меньшей мере, один поршень, совершающий сложное вращательное движение как относительно корпуса вместе с ротором, так и относительно ротора в плоскости, пересекающей плоскость вращения ротора, и имеющий, по меньшей мере, один сквозной радиальный вырез, взаимодействующий со спиралеобразным разделителем камерообразующей полости, образующим в последней вместе с поршнем рабочие полости переменного объема, согласно изобретению изменяют скорость вращения поршня относительно ротора, по крайней мере, в части диапазона угла поворота ротора во время действия на поршень наибольших нагрузок от давления рабочей среды, по сравнению со скоростью вращения поршня относительно ротора в диапазоне угла поворота ротора во время впуска рабочей среды в рабочую полость и ее перепуска из рабочей полости.The problem in part of the first variant of the unloading method (according to claims 1-5) is achieved by the fact that in the method of unloading the working elements of a rotary volumetric machine containing at least one piston that performs a complex rotational movement relative to the housing together with the rotor, and relative to the rotor in a plane intersecting the plane of rotation of the rotor, and having at least one through radial cutout interacting with a spiral-shaped separator of the chamber-forming cavity, forming together according to the invention, the working cavities of variable volume, according to the invention, change the speed of rotation of the piston relative to the rotor, at least in part of the range of the angle of rotation of the rotor during the action of the greatest loads on the piston from the pressure of the working medium, compared with the speed of rotation of the piston relative to the rotor in the range of the angle of rotation of the rotor during the inlet of the working medium into the working cavity and its bypass from the working cavity.
Поставленная задача достигается также тем, что могут изменять скорость вращения поршня относительно ротора путем взаимодействия дополнительного выреза поршня с дополнительным участком разделителя, расположенным в районе действия на поршень наибольших нагрузок рабочей среды, при этом скорость вращения поршня относительно ротора уменьшают за счет уменьшения шага спирали, по крайней мере, части дополнительного участка разделителя, причем шаг спирали определяют как отношение средней скорости вращения поршня относительно ротора к скорости вращения ротора относительно корпуса на заданном угле поворота ротора, причем, по крайней мере, участок направляющей могут выполнять с шагом, равным нулю, то есть располагают его концентрично оси вращения ротора.The task is also achieved by the fact that they can change the speed of rotation of the piston relative to the rotor by interacting with an additional cutout of the piston with an additional section of the separator located in the area of action of the highest loads of the working medium on the piston, while the speed of rotation of the piston relative to the rotor is reduced by reducing the pitch of the spiral, at least part of the additional part of the separator, and the pitch of the spiral is defined as the ratio of the average speed of rotation of the piston relative to the rotor to the speed STI rotation of the rotor relative to the housing at a predetermined angle of rotation of the rotor, wherein at least a portion of the guide can perform a pitch equal to zero, i.e. a rotor concentrically with its axis of rotation.
Поставленная задача достигается также тем, что могут изменять скорость вращения поршня относительно ротора путем взаимодействия дополнительного выреза поршня с дополнительной направляющей корпуса, имеющей, по крайней мере, один спиралеобразный участок и расположенной в районе действия на поршень наибольших нагрузок рабочей среды, при этом скорость вращения поршня относительно ротора уменьшают за счет выполнения шага спирали направляющей, по крайней мере, на части направляющей, меньшим шага спирали разделителя, причем шаг спирали определяют как отношение средней скорости вращения поршня относительно ротора к скорости вращения ротора относительно корпуса на заданном угле поворота ротора, причем, по крайней мере, участок направляющей могут выполнять с шагом, равным нулю, то есть располагают его концентрично оси вращения ротора.The task is also achieved by the fact that they can change the speed of rotation of the piston relative to the rotor by interacting with an additional cutout of the piston with an additional guide of the housing having at least one helical section and located in the area of action of the piston with the highest loads of the working medium, while the speed of rotation of the piston relative to the rotor is reduced due to the step of the helix of the guide, at least on the part of the guide, less than the step of the spiral of the separator, and the pitch of the helix they are set as the ratio of the average speed of rotation of the piston relative to the rotor to the speed of rotation of the rotor relative to the housing at a given angle of rotation of the rotor, and at least a portion of the guide can be performed in increments of zero, that is, they are arranged concentrically to the axis of rotation of the rotor.
Поставленная задача в части второго варианта способа (по п.п. формулы 6-10) достигается тем, что в способе разгрузки рабочих элементов роторной объемной машины, содержащей, по меньшей мере, один вращающийся вместе с ротором поршень, в котором выполнен, по меньшей мере, один радиальный вырез, взаимодействующий с разделителем камерообразующей полости, при этом поршень установлен с возможностью вращения в плоскости, пересекающей плоскость вращения ротора, согласно изобретению поршень ускоряют и затормаживают относительно ротора, создавая переменную инерционную нагрузку со стороны поршня, при этом поршень ускоряют относительно ротора при взаимодействии его с разделителем или направляющей, по крайней мере, на части последних.The task in part of the second variant of the method (according to claims 6-10) is achieved by the fact that in the method of unloading the working elements of a rotary volumetric machine containing at least one piston rotating with the rotor, in which at least at least one radial cutout interacting with the separator of the chamber-forming cavity, while the piston is rotatably mounted in a plane intersecting the plane of rotation of the rotor, according to the invention, the piston is accelerated and braked relative to the rotor, creating a per cumulative inertial load from the piston side, while the piston is accelerated relative to the rotor when it interacts with the separator or the guide, at least in part of the latter.
Поставленная задача достигается также тем, что в поршне с числом вырезов более одного инерционную нагрузку могут создавать путем группирования (концентрации) масс поршня и распределения сгруппированных масс за счет их смещения в сторону вырезов поршня.The task is also achieved by the fact that in a piston with a number of cuts of more than one, the inertial load can be created by grouping (concentration) the mass of the piston and distributing the grouped masses due to their displacement towards the cutouts of the piston.
Поставленная задача достигается также тем, что характеристику изменения инерционных сил при ускорении и затормаживании могут задавать путем создания дебаланса в плоскости движения поршня за счет перераспределения масс поршня.The task is also achieved by the fact that the characteristic of the change in inertial forces during acceleration and braking can be set by creating an unbalance in the plane of movement of the piston due to the redistribution of the mass of the piston.
Поставленная задача достигается также тем, что при работе машины часть масс поршня могут перемещать относительно последнего за счет размещения в полости поршня твердого и/или сыпучего материала и/или жидкости.The task is also achieved by the fact that during operation of the machine part of the mass of the piston can be moved relative to the latter due to the placement in the piston cavity of solid and / or bulk material and / or liquid.
Поставленная задача достигается также тем, что в поршне с одним вырезом под разделитель центр масс поршня могут размещать в районе выреза.The task is also achieved by the fact that in the piston with one cutout under the separator, the center of mass of the piston can be placed in the area of the cut.
Поставленная задача в части третьего варианта способа (по п.п.11-13 формулы) достигается тем, что в способе разгрузки рабочих элементов роторной объемной машины, содержащей, по меньшей мере, один взаимодействующий с ротором поршень, в котором выполнены, по меньшей мере, два радиальных выреза, взаимодействующих с разделителем и направляющими, согласно изобретению разделитель и направляющие располагают в виде последовательно расположенных участков, при этом участки направляющих примыкают с разных сторон к концам разделителя.The task in part of the third variant of the method (according to claims 11-13 of the formula) is achieved by the fact that in the method of unloading the working elements of a rotary volumetric machine containing at least one piston interacting with the rotor, in which at least , two radial cutouts interacting with the separator and the guides, according to the invention, the separator and the guides are arranged in the form of successive sections, while the sections of the guides are adjacent to the ends of the separator from different sides.
Поставленная задача достигается также тем, что направляющие и разделитель могут выполнять заодно.The task is also achieved by the fact that the guides and the spacer can perform at the same time.
Поставленная задача достигается также тем, что участки направляющих могут располагать концентрично оси вращения ротора.The task is also achieved by the fact that the sections of the rails can have a concentric axis of rotation of the rotor.
Поставленная задача в части четвертого варианта способа (по п.14 формулы) достигается тем, что в способе разгрузки рабочих элементов роторной объемной машины, содержащей, по меньшей мере, два поршня, каждый из которых совершает сложное вращательное движение как относительно корпуса вместе с ротором, так и относительно ротора в плоскости, пересекающей плоскость вращения ротора, и имеет, по меньшей мере, два радиальных выреза, взаимодействующие поочередно со спиралеобразным разделителем камерообразующей полости, который образует в последней вместе с поршнями рабочие полости переменного объема, согласно изобретению поршень, совершающий процесс вытеснения из рабочей полости, останавливают относительно ротора, при этом другой поршень вращают вокруг своей оси относительно ротора на участке взаимодействия с разделителем.The task in part of the fourth variant of the method (according to
Поставленная задача в части устройства (по п.п.15-17 формулы) достигается тем, что роторная объемная машина, содержащая корпус с внутренней полостью кольцевой формы, установленный в полости корпуса ротор, выходной вал, по меньшей мере, один поршень, установленный в прорези ротора с возможностью вращения как относительно корпуса вместе с ротором, так и относительно ротора в плоскости, пересекающей плоскость вращения ротора, и, по меньшей мере, один разделитель, выполненный в виде спиралеобразного выступа, расположенного на внутренней поверхности корпуса, по меньшей мере, на части ее периметра и взаимодействующего с поверхностью ротора, причем в поршне выполнен, по меньшей мере, один сквозной вырез с возможностью прохода в него разделителя, а в полости корпуса образованы рабочие камеры переменного объема, ограниченные поверхностями корпуса, ротора, поршня и разделителя, согласно изобретению она снабжена рамкой, выполненной в виде вкладыша с проточкой, поршень размещен в рамке, которая установлена в прорези ротора с возможностью дополнительного перемещения вместе с поршнем относительно ротора вдоль оси его вращения, а машина снабжена средством, позволяющим изменять скорость вращения поршня относительно ротора.The task in the device part (according to claims 15-17 of the formula) is achieved by the fact that the rotary volumetric machine comprising a body with an annular internal cavity, a rotor installed in the body cavity, an output shaft, at least one piston installed in rotor slots with the possibility of rotation both relative to the housing together with the rotor, and relative to the rotor in a plane intersecting the plane of rotation of the rotor, and at least one separator made in the form of a spiral protrusion located on the inner surface the body of the housing, at least on the part of its perimeter and interacting with the surface of the rotor, and at least one through cutout is made in the piston with the possibility of passage of a separator into it, and working chambers of variable volume defined by the surfaces of the housing are formed in the cavity of the housing, rotor, piston and separator, according to the invention it is equipped with a frame made in the form of an insert with a groove, the piston is placed in a frame that is installed in the slot of the rotor with the possibility of additional movement together with the piston from ositelno rotor along its axis of rotation, and the machine is provided with a means for adjusting the rotational velocity of the piston relative to the rotor.
Поставленная задача достигается также тем, что рамка может быть снабжена устройством ее фиксирования от перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения ротора.The task is also achieved by the fact that the frame can be equipped with a device for fixing it from moving in a direction perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
Поставленная задача достигается также тем, что прорезь ротора может быть выполнена общей для нескольких ступеней, а между рамками соседних ступеней в прорези установлены уплотнительные элементы.The task is also achieved by the fact that the slot of the rotor can be made common for several steps, and between the frames of adjacent steps in the slot are installed sealing elements.
Заявленные изобретения поясняются при помощи чертежей.The claimed invention is illustrated using the drawings.
На фиг.1 представлен продольный разрез машины, реализующей первый вариант способа по пунктам 1-5 формулы изобретения;Figure 1 presents a longitudinal section of a machine that implements the first variant of the method according to paragraphs 1-5 of the claims;
На фиг.2 - то же, поперечный разрез машины;Figure 2 is the same, a transverse section of the machine;
На фиг.3 - то же, общий вид машины в изометрии с вырезом четверти;Figure 3 is the same, a General view of the machine in isometry with a quarter cut;
На фиг.4 - то же, общий вид машины в изометрии без половины корпуса, положение поршня в момент взаимодействия его выреза с разделителем;Figure 4 is the same, a General view of the machine in isometry without half the body, the position of the piston at the moment of interaction of its cutout with a separator;
На фиг.5 - то же, положение поршня в момент окончания взаимодействия его выреза с разделителем и начала взаимодействия выреза с направляющей;Figure 5 is the same, the position of the piston at the end of the interaction of its cut with the separator and the beginning of the interaction of the cut with the guide;
На фиг.6 - то же, общий вид машины в изометрии без корпуса с вырезом половины;Figure 6 is the same, a General view of the machine in isometry without a body with a half cutout;
На фиг.7 - то же, общий вид машины в изометрии без корпуса;In Fig.7 is the same, a General view of the machine in isometry without a housing;
На фиг.8 - поршень в изометрии;On Fig - piston in isometry;
На фиг.9 - половина корпуса с расположенным в ней разделителем;In Fig.9 - half of the housing with a separator located in it;
На фиг.10 - половина корпуса с расположенной в ней направляющей;Figure 10 - half of the housing with a guide located in it;
На фиг.11 - общий вид варианта машины с дополнительным участком разделителя в изометрии и без половины корпуса;Figure 11 is a General view of a variant of the machine with an additional section of the separator in isometry and without half of the body;
На фиг.12 - то же, без половины корпуса и без вала;On Fig - the same, without half the body and without a shaft;
На фиг.13 - то же, без половины корпуса, вала и поршня;In Fig.13 - the same, without half the housing, shaft and piston;
На фиг.14 представлен вариант машины с двумя поршнями;On Fig presents a variant of the machine with two pistons;
На фиг.15 представлен поршень машины, в которой реализован второй вариант способа разгрузки по пунктам 6-10 формулы изобретения;On Fig presents the piston of the machine, which implements the second variant of the unloading method according to paragraphs 6-10 of the claims;
На фиг.16 - то же, внешний вид поршня в изометрии;On Fig - the same, the appearance of the piston in isometry;
На фиг.17 - то же, машина в изометрии без половины корпуса;On Fig - the same machine in isometry without half the body;
На фиг.18 - то же, продольный разрез машины;On Fig - the same, a longitudinal section of the machine;
На фиг.19 - то же, продольный разрез машины с тремя парами вырезов;In Fig.19 is the same, a longitudinal section of a machine with three pairs of cutouts;
На фиг.20 - то же, вид на машину в изометрии, без корпуса;In Fig.20 is the same, a view of the car in isometry, without a housing;
На фиг 21 представлена машина в изометрии без половины корпуса, в которой реализован третий вариант способа разгрузки по пунктам 11-13 формулы изобретения;On Fig presents a machine in isometry without half the body, which implements the third variant of the method of unloading according to paragraphs 11-13 of the claims;
На фиг.22 - то же, машина без корпуса и разделителя;In Fig.22 - the same machine without a housing and a separator;
На фиг.23 - то же, половина корпуса машины без вала и поршня;In Fig.23 - the same half of the machine without a shaft and piston;
На фиг.24 - то же, машина с вырезом четверти корпуса;In Fig.24 - the same machine with a cutout of a quarter of the body;
На фиг.25 представлена машина в изометрии без половины корпуса, в которой реализован четвертый вариант способа разгрузки по пункту 14 формулы изобретения;On Fig presents a machine in isometry without half the body, which implements the fourth version of the unloading method according to
На фиг.26 - то же, без одного из взаимодействующих между собой поршней;On Fig - the same, without one of the interacting pistons;
На фиг.27 - то же, схема взаимодействия поршней в момент остановки одного из них с использованием двух зубьев, расположенных на разных радиусах;On Fig - the same, the interaction diagram of the pistons at the time of stopping one of them using two teeth located at different radii;
На фиг.28 - то же, с использованием одного овального зуба;On Fig - the same, using one oval tooth;
На фиг.29 - то же, с использованием в качестве фиксатора оси поршня;In Fig.29 - the same, using as a retainer the axis of the piston;
На фиг.30 - то же, в изометрии;On Fig - the same, in isometry;
На фиг.31 - то же, без второго поршня;On Fig - the same, without a second piston;
На фиг.32 представлена схема расположения рабочих элементов машины с различной формой разделителя;On Fig presents a layout of the working elements of the machine with a different shape of the separator;
На фиг.33 - то же, в машине с разделителем и направляющей по первому варианту способа разгрузки;In Fig.33 is the same in a machine with a spacer and a guide according to the first embodiment of the unloading method;
На фиг.34 - то же, в машине с дополнительным участком разделителя по пунктам 2-3 формулы изобретения;On Fig - the same, in a car with an additional section of the separator according to paragraphs 2-3 of the claims;
На фиг.35 - то же, в машине с примыкающей к разделителю направляющей;On Fig - the same, in a machine adjacent to the separator guide;
На фиг.36 представлена машина, описанная в пункте 15 формулы изобретения;On Fig presents the machine described in paragraph 15 of the claims;
На фиг.37 - то же, часть вала с прорезью и установленными в ней вкладышем и поршнем;On Fig - the same part of the shaft with a slot and installed in it liner and piston;
На фиг.38 - то же, часть вала с прорезью;On Fig - the same part of the shaft with a slot;
На фиг.39 - то же, вкладыш.On Fig is the same insert.
Способы реализуется в роторной объемной машине,The methods are implemented in a rotary volumetric machine,
содержащей вал 1, имеющий ось 30 вала 1, внешнюю концентрическую рабочую поверхность 2, состоящую из центральной концентричной круговой, по существу торообразной части 3, от которой по существу в осевом направлении в противоположные стороны простираются две концентричные поверхности 4 и 5;comprising a
корпус 8, имеющий ось корпуса и внутреннюю поверхность корпуса 14, состоящую по ходу вращения вала 1 из первой части внутренней поверхности 14а и второй части внутренней поверхности 14б;a
одна замкнутая по существу концентричная камерообразующая полость 12, имеющая форму по существу части тороида, образована внутренней поверхностью корпуса 14 и внешней рабочей поверхностью 2 вала, имеющая участки 12а и 12б соответственно, образованные частями поверхностей 14а и 14б;one closed essentially concentric chamber-forming cavity 12, having the shape of a substantially part of the toroid, is formed by the inner surface of the
спиралеобразный разделитель 13, перегораживающий участок 12б камерообразующей полости 12 по существу по диагонали, разбивая его на своего рода криволинейные треугольники;a spiral-shaped
направляющая 13а, практически не несущая функции разделения объемов с существенно различными давлениями рабочего тела, установленная на участке 12а и выходящая своими концами в участок 12б. Средняя часть ребра направляющей 13а является по существу плоской, в форме дуги лежащей в плоскости вращения вала, а концы ее ребра плавно отклоняются от плоскости в противоположных направлениях по ходу вращения поршня;a
окна входа 23 и выхода 24 рабочего тела, расположенные на корпусе 8 на поверхности 14б, по разные стороны от разделителя 13, прилегая к вершинам этих криволинейных треугольников, окно входа 23 прилегает к разделителю 13 у его начала по ходу вращения вала, а окно выхода прилегает к разделителю 13 у его конца. Окна могут занимать по существу всю поверхность 14б;
одну прорезь 21 в рабочей поверхности 2 вала 1;one
один поршень 18, который имеет две торцевые поверхности 31 поршня 18, периферическую поверхность 41, геометрическую ось 19 поршня 18, скрещивающуюся с геометрической осью 30 вала 1, при этом поршень установлен на валу 1, с размещением части поршня 18 в прорези 21 с возможностью вращения поршня 18 вокруг геометрической оси 19 поршня 18, два сквозных радиальных выреза 22 в периферийной части поршня 18, имеющий две боковые поверхности 26 и дно 25 выреза 22, которое при любом положении поршня 18 находится в пределах (непосредственно под) концентричной рабочей поверхности 2 вала 1. Между каждыми двумя вырезами 22 располагается дополнительный вырез 22а для направляющей спирали, имеющий две боковые поверхности 26а и дно 25а выреза 22а. Боковые поверхности 26а предпочтительно имеют по площадке 26б (плоская или коническая), ответной к плоскому участку направляющей 13а (загнутые концы направляющей 13а, будучи тоньше плоского участка, не будут контактировать с ним 26б, не изнашивая его 26б);one
форма сечения камерообразующей полости 12 похожа на форму поршня от одного выреза 22 до другого;the cross-sectional shape of the chamber-forming cavity 12 is similar to the shape of a piston from one
для улучшения герметичности контакта поршень - поверхность 14а периферическая поверхность поршня может повторять форму поверхности 14а, не являясь поверхностью вращения, при этом не занятая окнами часть поверхности 14б и прилегающие к ней участки поверхности 14а должны быть увеличены для пропускания такого поршня;to improve the tightness of the piston-
причем участок 12а камерообразующей полости 12 разделяется на рабочие камеры 17а с уменьшающимся объемом и 17б с увеличивающимся объемом поршнем на части цикла, (причем в момент разделения участка 12а камерообразующей полости 12 на камеры 17 все вырезы 22 поршня 18 находятся в прорези 21 вала 1, и разделение происходит участком поршня 18 без вырезов 22);moreover, the portion 12a of the chamber-forming cavity 12 is divided into working chambers 17a with a decreasing volume and 17b with an increasing volume of the piston in part of the cycle (and at the time of separation of the section 12a of the chamber-forming cavity 12 into the chambers 17, all the
форма разделителя 13 такая, чтобы, взаимодействуя с вырезом 22 поршня, разгонять его почти от нулевой скорости вращения до максимальной, а затем тормозить снова почти до нулевой скорости, при этом не так важно, герметично ли перекрывает разделитель 13 вырез 22;the shape of the
а форма ребра направляющей 13а такая, чтобы, взаимодействуя с дополнительным вырезом 11а поршня, тормозить его по существу до нулевой скорости вращения, удерживать некоторое время в этом состоянии, а затем разгонять снова до некоторой скорости, при этом важно, что направляющая 13а по существу герметично перекрывает вырез 22а на его 13а плоском участке;and the shape of the edge of the
в варианте машины, показанном на фиг.11-13, разделитель 13 может быть продлен за счет дополнительного участка 13б, по существу проходящего вдоль всей камеры 17а. При этом форма дополнительного участка 13б может быть идентична форме направляющей 13а. Отличие варианта машины с участком разделителя 13б от машины с направляющей 13а заключается в том, что в первой разделитель 13 выполняет функции разделения сред с разным давлением в течение всего оборота поршня 18 вокруг оси вала 1.in the machine embodiment shown in FIGS. 11-13, the
Приблизительный пример формы разделителя 13 в одном из вариантов исполнения может дать кривая в системе координат на тореAn approximate example of the shape of the
где φ - угол поворота сечения тора вокруг оси тора, φ0 - половина угла, на котором ребра 13 и 13а не горизонтальны, ψ - угол поворота радиус-вектора сечения тора, a ψ0 - половина углового расстояния между соседними вырезами 22, Δ - угловой размер негоризонтального конца направляющей 13а,where φ is the angle of rotation of the torus section around the axis of the torus, φ 0 is the half angle at which the
эта же формула приблизительно описывает негоризонтальные концы направляющей 13а, при смещении ψ на ψ0, а φ∈[-φ0,-(φ0-Δ)] и φ∈[(φ0-Δ), φ0],the same formula approximately describes the non-horizontal ends of the
приближения состоят в основном в использовании функции sin, также форма будет несколько другой из-за объемной формы выреза 22.the approximations consist mainly in using the sin function, and the shape will be slightly different due to the volumetric shape of the
Более точное описание можно дать для формы камерообразующей полости вместе со спиральным и направляющим ребрами, хотя оно получается менее наглядным. Поверхность камерообразующей полости 14 должна быть по сути идентичной поверхности тела получаемого вращением вала с поршнем вокруг оси вала с одновременным вращением поршня, причем угол поворота поршня ψ связан с углом поворота вала φ зависимостью ψ=ψ(φ), которая в основном имеет два участка: участок более быстрого увеличения ψ и участок, на котором ψ изменяется медленно, вплоть до останова. Такая форма описания учитывает возможность выполнения не обязательно концентричной периферической поверхности поршня. Но такая форма является слишком строгой, т.к. не на всей длине камеры требуется герметичность, и даже, наоборот, некоторые участки требуется занизить. Так, из-за того что угол между поршнем и ребрами меньше вблизи оси поршня и это лучше для условия скольжения прорези поршня по ребрам, то лучше специально заузить основание ребра по сравнению с шириной прорези поршня, чтобы на синхронизацию работала другая, более близкая к оси поршня часть ребра. Аналогично, для увеличения надежности попадания прорезей на разделитель передние концы ребер специально заужены;A more accurate description can be given for the shape of the chamber-forming cavity along with the spiral and guide ribs, although it turns out to be less visual. The surface of the chamber-forming
на небольшом участке ребра перекрывают друг друга (поршень еще не выйдя из зацепления с одним разделителем уже входит в зацепление с направляющей).in a small area, the ribs overlap each other (the piston, while still not disengaging with one separator, is already engaged with the guide).
Для того чтобы уменьшить усилие взаимодействия вырезов поршня с ребрами (разгрузить этот механизм синхронизации), поршень желательно выполнять с распределением массы поближе к вырезу 22 (второй вариант разгрузки пункт 6 формулы), при возможности выполнить канавки 32 внутри поршня преимущественно параллельно линии, соединяющей вырез 22, или под небольшим углом (по ходу вращения поршня) к ней и заполнить их тяжелыми массами 33, могущими перемещаться/кататься вдоль канавок, или тяжелой жидкостью 34, при этом в некоторых случаях полезно добавление и относительно легкой (нормальной) жидкости для противостояния внешнему давлению, для смазки, успокоения колебаний, а также для более плавных торможений. При этом желаемая неравномерность движения (вращения) поршня достигается в основном двумя факторами: отдачей/отбором энергии у тяжелых масс за счет их перемещения по радиусу вала и обменом моментом количества движения с этими массами за счет их движения (колебаний) вокруг оси поршня.In order to reduce the interaction force between the piston cut-outs and ribs (to relieve this synchronization mechanism), it is desirable to carry out the piston with a mass distribution closer to cut-out 22 (second unloading option, paragraph 6 of the formula), if possible, make
Следует отметить, что для достижения желательной неравномерности вращения в случаях поршней с двумя и тремя вырезами 22 масса перемещаемых масс в большинстве случаев должна быть сравнимой с массой поршня, а для эффективного использования первого способа средняя плотность поршня без подвижных масс должна быть сравнима с плотностью перекачиваемой жидкости. При невозможности подобрать материалы с вышеуказанными свойствами, чтобы в полной мере реализовать описанные конструкции, можно частично замедлить вращение поршня под нагрузкой или остановить на меньшей части периода, т.е. снизить неравномерность. При этом следует понимать, что конструкции изменятся таким образом, что горизонтальные плоские участки направляющих ребер станут просто пологими.It should be noted that in order to achieve the desired rotation unevenness in the case of pistons with two and three
Машина по второму варианту работает следующим образом. При вращении вала в одну сторону вместе с ним по камерообразующей полости 12 перемещается поршень 18. В средней части участка 14а неподвижное по отношению к валу положение поршня 18 обеспечивает участок направляющей 13а, проходящий через вырез 11a поршня, а также сила трения прижатого давлением поршня о вал. При этом поршень по существу герметично перекрывает участок камерообразующей полости 12а, разбивая его на две камеры - уменьшающуюся, высокого давления (по ходу поршня) и увеличивающуюся - низкого давления (за поршнем). На этом участке поршень проталкивает рабочее тело от окна входа 23 до окна выхода 24. При этом канавки в поршне составляют небольшой угол с осью вала, и за счет центробежных сил по ним перемещаются тяжелый диск и жидкость, перемещая центр масс поршня к прорези 22, которой предстоит выйти из вала. Далее при подходе к загибающемуся участку направляющей 13а камера становится шире поршня и с него по существу снимается перепад давления рабочего тела. При этом он освобождается от силы трения в валу. За счет действия центробежных сил на смещенный центр масс поршня, а также за счет взаимодействия с загибающимся участком направляющей 13а поршень начинает вращаться, его вырез 22 выходит из прорези вала и попадает на разделитель 13. Перепад давления (движение рабочего тела) на насосе на этом участке должен обеспечиваться другими ступенями насоса или инерцией столба жидкости в длинной трубе. На ребре разделителя 13 вращение поршня ускоряется действием центробежных сил на смещенный центр тяжести, действием эффекта следования за потоком, гидродинамическими силами и, возможно, силовым контактом выреза 22 с разделителем 13. Приблизительно от середины разделителя 13 те же силы и сила трения начинают тормозить вращение поршня. Если за счет подбора материалов, пустот и наполнителей снизить среднюю плотность поршня, уменьшается нагрузка на ось поршня и усиливается влияние эффекта следования за потоком. С разделителя 13 поршень сходит уже с небольшой скоростью вращения, одевшись предварительно вырезом 22а на направляющую 13а. При входе поршня на плоский участок направляющей 13а вращение поршня приостанавливается (или останавливается), а камера сужается до размера выступающей из вала части поршня. На поршне возникает перепад давления. Цикл повторяется. Переход от более широкой части камерообразующей полости к более узкой предпочтительно выполнять ступенькой, а не плавно при наличии в жидкости абразива для избежания его затирания.The machine according to the second embodiment works as follows. When the shaft rotates in one direction, the
За один оборот вокруг вала поршень совершает пол - оборота вокруг своей оси.In one revolution around the shaft, the piston makes half a revolution around its axis.
Машина, изображенная на фиг.19, в целом похожа на машину с фиг.17 и 18. Она отличается тем, что поршень имеет три выреза 22 и, соответственно, большее количество вырезов 22а. Разделитель 13 представляет собой в общем более пологую спираль, поверхности 4 и 5 расширяются к периферии. Выступ 3 может практически выродиться (исчезнуть). Также отличается форма и основное направление канавок.The machine shown in FIG. 19 is generally similar to the machine in FIGS. 17 and 18. It is characterized in that the piston has three
За один оборот вокруг вала поршень совершает треть оборота вокруг своей оси.In one revolution around the shaft, the piston makes a third revolution around its axis.
Машина, изображенная на фиг.1-7, в целом похожа на машину с фиг.17-19. Она отличается тем, что поршень имеет один вырез 22 и, соответственно, меньшее количество вырезов 22а. Разделитель 13 представляет собой в общем более крутую спираль. Также можно обойтись без канавок 32. Центр масс поршня при этом желательно сместить к вырезу 22.The machine depicted in FIGS. 1-7 is generally similar to the machine of FIGS. 17-19. It differs in that the piston has one
За один оборот вокруг вала поршень совершает один оборот вокруг своей оси.For one revolution around the shaft, the piston makes one revolution around its axis.
В некоторых случаях целесообразны конструкции, в которых окна входа должны быть больше окон выхода. Для этого придется выходную часть вала сделать уже входной. При этом ориентация неподвижного состояния поршня с симметричной изменится на повернутую на угол α. Центр масс поршня с одним вырезом 22 лучше сместить от выреза 22 примерно на угол α, а распределение масс поршня с двумя вырезами 22 лучше сместить от линии, соединяющей вырезы 22, примерно на угол α, также следует сместить и канавки 32. При этом можно получить преимущество в размерах канавок, т.к. они могут пройти по диаметру, минуя вырезы 22. Такая же ситуация и с поршнями с тремя вырезами 22.In some cases, designs in which entry windows should be larger than exit windows are appropriate. To do this, you will have to make the output part of the shaft input. In this case, the orientation of the stationary state of the piston from symmetric to rotated by an angle α. The center of mass of the piston with one
Приведу численные данные, иллюстрирующие важность разгрузки механизма синхронизации. Насос диаметром 90 мм для подачи на 3000 об/мин ~600 м3/сут имеет поршень диаметром ~58 мм. Его радиус инерции ~20 мм, объем ~15 см3. Из-за неравномерности вращения будет испытывать ускорения ~126 g и оказывать давление на разделитель ~12.6 кг при плотности ~7 г/см3. Уменьшением средней плотности до 1 г/см3 можно уменьшить это давление до ~1.8 кг.I will give numerical data illustrating the importance of unloading the synchronization mechanism. A pump with a diameter of 90 mm for feeding at 3000 rpm ~ 600 m 3 / day has a piston with a diameter of ~ 58 mm. Its radius of inertia is ~ 20 mm, volume ~ 15 cm 3 . Due to the uneven rotation, it will experience accelerations of ~ 126 g and exert pressure on the separator of ~ 12.6 kg at a density of ~ 7 g / cm 3 . By reducing the average density to 1 g / cm 3 you can reduce this pressure to ~ 1.8 kg.
Другим видоизменением конструкций может быть добавление еще одного поршня (см. фиг.14). Этим мы увеличиваем участок герметичности одной ступени практически на весь цикл, но ослабляем вал. При этом, поскольку теперь поршни проходят разделитель 13 при наличии перепада давления на нем, добавляется эффект подкрутки этого поршня статическим перепадом давления на этой ступени. На одну боковую поверхность выреза 22 действует входное давление, а на другую - выходное. Поскольку эта подкрутка зависит от толщины поршня, то при выполнении внутренних канавок на поршне вместе с толщиной усилие подкрутки может быть настолько значительным, что потребуется распространение нагрузки перепадом давления на начальный пологий участок направляющей 13а для эффективного торможения поршня силами трения поршня о прорезь вала (или в оси поршня). Или вообще убрать плоский участок направляющей 13а, заменив его участком, замедляющим вращение поршня. При этом мы несколько уменьшим кривизну разделителя 13, что увеличит надежность насоса. Недостатком является то, что угловое ускорение поршня подкруткой и его торможение трением зависит от перепада давления, а ускорение из-за кривизны ребер 13 и 13а зависит от скорости вращения вала и добиться оптимального их отношения можно только для области режимов, для которых перепад давления зависит от оборотов. Наличие разгона подкруткой на разделителе 13 и торможения вне его желательно учитывать в формах ребер. В общем, разделитель 13 получается более крутым на конце, чем вначале (по ходу вращения вала), а направляющая 13а наоборот. Его крутизна, вне пересечения с разделителем 13, больше вначале и меньше в конце.Another modification of the structures may be the addition of another piston (see Fig. 14). Thus, we increase the tightness section of one stage for almost the entire cycle, but weaken the shaft. Moreover, since the pistons now pass through the
Прорези под поршни могут пересекаться внутри вала в целях экономии места, а могут быть разделены перегородкой для большей герметичности. Это зависит от условий применения.Slots for the pistons can intersect inside the shaft in order to save space, and can be separated by a partition for greater tightness. It depends on the conditions of use.
Добавление второго поршня несколько снижает подачу насоса. Это связано с тем, что на подкрутку расходуется часть жидкости из камеры высокого давления. При достаточном расстоянии между осью вала и осью поршня во всех конструкциях возможно добавление и большего количества поршней, но следует помнить, что при этом подача еще снизится.Adding a second piston slightly reduces pump flow. This is due to the fact that part of the fluid from the high-pressure chamber is spent on twisting. With a sufficient distance between the axis of the shaft and the axis of the piston in all designs, it is possible to add a larger number of pistons, but remember that in this case the flow will still decrease.
Что касается направляющей 13а, то при необходимости уменьшить износ или снизить углы контакта с ней вырезов 22а поршней 18 их число может быть увеличено.As for the
В конструкциях с двумя поршнями, показанных на фиг.25-28, можно избавиться от направляющей 13а, заменив ее, например, зубчатым зацеплением между поршнями. Такая возможность существует благодаря следующему характеру взаимодействия двух поршней. Один поршень должен от небольшой скорости останавливать другой, далее в течение определенного времени должен обеспечивать неподвижность другого, а затем придавать небольшую скорость. Далее поршни могут не взаимодействовать друг с другом. (При частичном использовании неравномерности вращения слово останавливать следует понимать как замедлять, неподвижность - как медленное вращение.)In designs with two pistons, shown in Fig.25-28, you can get rid of the guide 13A, replacing it, for example, gearing between the pistons. This possibility exists due to the following nature of the interaction of the two pistons. One piston must stop the other from a small speed, then for a certain time it must ensure the immobility of the other, and then give a small speed. Further, the pistons may not interact with each other. (With the partial use of uneven rotation, the word stop should be understood as slowing down, immobility as slow rotation.)
Это можно осуществить, например, в следующей конструкции (см. фиг.27). На одном поршне, вблизи к его оси, напротив выреза 22 расположено два зуба 35. Каждый зуб представляет собой овал (дугу), выступающий вдоль оси поршня. Зубья расположены на разных расстояниях от оси поршня и разнесены по углу. Например, ближний смещен вперед по вращению поршня. На другом поршне ближе к периферии между прорезями 22, на торцевой поверхности расположены две канавки 36 в виде дуг разного радиуса. Их центры совпадают и находятся на расстоянии от оси поршня, как и ось другого поршня. Концы дуг выходят на периферическую поверхность поршня. Первый конец (по ходу вращения поршня) большой дуги отогнут к центру дуг, и второй конец малой дуги отогнут к центру дуг. При вращении поршня его зубья 35 вращаются медленнее, находясь близко к его оси, первый зуб 35 входит в канавку 36 малой дуги в его загнутый конец, еще когда оба поршня сидят вырезами на разделителе 13. Пока зуб 35 одного поршня идет по загнутой (эллиптической) части канавки 36, движение другого поршня, в котором выполнены канавки 36, останавливается. Второй зуб 35 входит в канавку 36 большего радиуса. Далее оба зуба 35 идут по цилиндрическим частям канавок 36, не давая поршню провернуться. Затем, когда первый зуб 35 выходит из канавки 36 меньшего радиуса, второй зуб входит в эллиптическую часть канавки большего радиуса, он проворачивает поршень, выставляя его вырез 22 из прорези вала. Пар таких зубьев и канавок должно быть по числу вырезов 22 на поршнях.This can be done, for example, in the following construction (see FIG. 27). On one piston, close to its axis, opposite the
На фиг.28 приведен пример конструкции с меньшим количеством зубьев. На одном поршне, вблизи к его оси, напротив выреза 22 расположен зуб 35, представляющий собой овал (дугу), выступающий вдоль оси поршня. Он может состоять из набора роликов. На другом поршне ближе к периферии между вырезами 22, на торцевой поверхности расположена канавка 36 в виде меньшей части эллипса, вытянутого по радиусу, выходящая двумя концами на периферийную поверхность поршня. При этом ближний к оси поршня участок является по существу цилиндрическим. При вращении поршня его овальный зуб 35 вращается медленнее, находясь близко к его оси, и входит в канал, еще когда оба поршня сидят вырезами на разделителе 13. Пока зуб 35 одного поршня идет по эллиптической части канавки 36, движение поршня, в котором выполнена канавка 36, останавливается (тормозится). Далее зуб идет по цилиндрической части канавки, не давая поршню провернуться за счет части зуба, повторяющей форму цилиндрического участка канавки. Затем, когда зуб выходит в эллиптическую часть канавки, он проворачивает поршень. Таких зубьев и канавок должно быть по числу вырезов 22 на поршнях.On Fig shows an example of a design with fewer teeth. On one piston, close to its axis, opposite the
На фиг.29 приведен пример конструкции с опорной осью 19а поршня 18, служащей в качестве зуба, для поршней большего размера, которые перекрывают друг другу оси. Каждый конец оси 19а поршня, выступающий в сторону другого поршня, сплюснут. На каждом поршне выполнена канавка 36а такого радиуса, как расстояние между поршнями. В нескольких местах (по количеству вырезов 22 на поршне) между вырезами 22 канавка имеет утолщения 37 по радиусу. Во внешнюю сторону в виде по существу части эллипса, у которого меньшая полуось направлена по радиусу, и к оси поршня в виде по существу части эллипса, у которого большая полуось направлена по радиусу. При прохождении узкой части канавки 36а по сплюснутой части оси относительные скорости велики, не стоит использовать этот участок для удержания оси от вращения, т.е. желательно за счет гарантированного зазора исключить контакт оси 19а с канавкой 36а, но утолщение 37 канавки подходит к оси 19а уже с меньшей скоростью, и, войдя в него, ось 19а начинает поворачиваться (это обеспечивается взаимодействием канавки на этом поршне и сплюснутого участка оси на другом поршне), при этом она тормозит вращение поршня (канавки). Дойдя до центральных по существу круглых участков утолщений 37, сплюснутый участок оси 19а останавливает вращение поршня 18. Далее, выйдя из круглого участка, он снова ускоряет вращение поршня. Когда сплюснутый конец оси 19а поворачивается до положения вдоль канавки. Канавка 36а наезжает на него уже за счет зацепления выреза 22 поршня 18 с разделителем 13 и сплюснутого конца оси 19а другого поршня с канавкой 36а первого поршня.On Fig shows an example of a design with a supporting
Все примеры с зубьями применимы и для поршней с другим количеством вырезов 22.All examples with teeth are applicable for pistons with a different number of
Понятно, что они могут быть дополнены другими методами синхронизации: дополнительные зубья, рычаги и т.д.It is clear that they can be supplemented by other synchronization methods: additional teeth, levers, etc.
В варианте выполнения машины без направляющих ребер (см. фиг.11-13) возможно расширение сечения камеры до размеров, при которых плоское (почти плоское - пологое) продолжение разделителя 13 за счет дополнительного участка 13б хотя бы частично останется в камере. Герметичность контакта вырез 22 - участок 13б в этом месте будет все равно выше, чем на крутом участке разделителя 13 из-за неподвижности поршня, а также благодаря площадке 26б. При этом можно несколько увеличить подачу насоса.In an embodiment of the machine without guide ribs (see Figs. 11-13), it is possible to expand the section of the chamber to sizes at which the flat (almost flat - gently sloping) continuation of the
На фиг.32 приведена диаграмма, показывающая, как введение неравномерности вращения повышает производительность насоса. Прямая диагональ соответствует разделителю 13 при равномерном вращении поршней, а кривые - при разных степенях неравномерности. Окна выполнены такого же размера. Видно, что рабочая площадь поршня в произвольном положении увеличивается с увеличением неравномерности вращения, следовательно, увеличивается и подача насоса. Таким образом, кроме уменьшения износа и потерь на трение мы получим и большую подачу.Fig. 32 is a diagram showing how introducing rotation irregularities improves pump performance. The straight diagonal corresponds to the
Другим примером, иллюстрирующим возможность использования в полной мере обоих способов разгрузки механизма синхронизации, является машина, изображенная на фиг.21-24. Она устроена следующим образом.Another example illustrating the full use of both methods of unloading the synchronization mechanism is the machine shown in Fig.21-24. It is arranged as follows.
Объемная роторная машина, содержащая вал 1, имеющий ось 30 вала 1, внешнюю концентрическую рабочую поверхность 2, состоящую из центральной концентричной круговой, по существу шарообразной части 3, от которой преимущественно в осевом направлении в противоположные стороны простираются две концентричные поверхности 4 и 5,A volumetric rotary machine comprising a
корпус, имеющий ось корпуса и внутреннюю по существу сферическую поверхность корпуса 14, состоящую по ходу вращения вала 1 из первой части внутренней поверхности 14а и второй части внутренней поверхности 14б, третьей части 14в и четвертой части 14 г;a housing having an axis of the housing and an essentially spherical inner surface of the
одна замкнутая по существу концентричная камерообразующая полость 12, имеющая форму по существу части шара, образована внутренней поверхностью корпуса 14 и внешней рабочей поверхностью 2 вала, имеющая участки 12а, 12б, 12в и 12г соответственно, образованные частями поверхностей 14а, 14б, 14в и 14г;one closed essentially concentric chamber-forming cavity 12 having the shape of a substantially part of the ball is formed by the inner surface of the
замкнутый кривой разделитель 13, перегораживающий участки 12б и 12г камерообразующей полости 12 по существу по диагоналям, по ходу вращения вала и по оси условно вверх на участке 12б и по ходу вращения вала и условно вниз, разбивая их на своего рода криволинейные треугольники;closed by a
окна входа 23 и выхода 24 рабочего тела, расположенные на корпусе 8 на поверхности 14б, по разные стороны от разделителя 13, прилегая к вершинам этих криволинейных треугольников, окно входа 23 прилегает к разделителю 13 у его начала по ходу вращения вала, а окно выхода прилегает к разделителю 13 у его конца, окна могут занимать по существу всю поверхность 14б,
аналогичным образом расположены окна входа 23 и выхода 24 рабочего тела, расположенные на корпусе 8 на поверхности 14г;the windows of the
одна сквозная прорезь 21 в рабочей поверхности 2 вала 1;one through
один дискообразный поршень 18, который имеет две торцевые поверхности 31 поршня 18, периферическую поверхность 41 в виде по существу части сферы, геометрическую ось 19 поршня 18, пересекающую геометрическую ось 30 вала 1 по существу под прямым углом, при этом поршень установлен на валу 1 с размещением центральной части поршня 18 в прорези 21 с возможностью вращения поршня 18 вокруг геометрической оси 19 поршня 18, два выреза 22 в периферийной части поршня 18, каждый вырез имеет две боковые поверхности 26 и дно 25 выреза 22, которое по существу является продолжением сферической поверхности 3 вала 1;one disk-shaped
поверхности 26 предпочтительно имеют по площадке 26б (цилиндрическая или коническая), ответной к плоскому участку разделителя 13 (кривые участки разделителя 13, будучи тоньше плоского участка, не будут контактировать с ним 26б, не изнашивая его 26б);surfaces 26 preferably have a platform 26b (cylindrical or conical) that responds to the flat portion of the separator 13 (the curved portions of the
периферическая поверхность поршня может и не быть сферической, достаточно, чтобы она была ответной к поверхности 14а и 14в, которые тоже могут не быть сферическими. Например, для увеличения подачи в меньших габаритах их можно сделать цилиндрическими. При этом от не занятой окнами части поверхности 14б и 14г и прилегающим к ним участкам поверхности 14а и 14в требуется только, чтобы они были достаточного размера для пропускания вращающегося поршня;the peripheral surface of the piston may not be spherical, it is enough that it is reciprocal to the
причем участок 12a камерообразующей полости 12 разделяется на рабочие камеры 17а с уменьшающимся объемом и 17б с увеличивающимся объемом;moreover, the portion 12a of the chamber-forming cavity 12 is divided into working chambers 17a with a decreasing volume and 17b with an increasing volume;
форма разделителя 13 такая, чтобы на участке 14б, взаимодействуя с вырезом 22 поршня, разгонять его от нулевой скорости вращения до максимальной, а затем тормозить снова до нулевой скорости, при этом важно, что разделитель 13 своим плоским участком на участке 14в по существу герметично перекрывает вырез 22, далее на участке 14г разделитель 13 разгоняет поршень в обратную сторону до максимальной скорости и затем тормозит до нулевой скорости, на участке 14а разделитель 13 герметично перекрывает вырез 22 неподвижного поршня.the shape of the
Приблизительный пример формы не плоского участка разделителя 13 в одном из вариантов исполнения может дать кривая в системе координат на шареAn approximate example of the shape of a non-flat portion of the
где φ - угол поворота сечения шара вокруг оси вала, φ0 - половина угла, на котором разделитель 13 расположен горизонтально, ψ - угол поворота радиус-вектора сечения шара, а ψ0 - половина углового размера камеры, Δ - половина углового размера горизонтального участка ребра разделителя 13,where φ is the angle of rotation of the cross section of the ball around the axis of the shaft, φ 0 is half the angle at which the
приближения состоят в основном в использовании функции sin, также форма будет несколько другой из-за объемной формы выреза 22.the approximations consist mainly in using the sin function, and the shape will be slightly different due to the volumetric shape of the
В данной конструкции поддерживается по существу постоянный угол наклона разделителя 13 к поршню и тем самым уменьшается износ прорези 22 за счет более плоского контакта. Такая форма получается для определенной зоны прорези 22, если отношения скоростей изменения углов φ и ψ поддерживать пропорциональным отношению расстояний от оси поршня до выбранной зоны к расстоянию от оси вала до этой зоны. Здесь можно сначала провести разделитель, удовлетворяющий таким условиям, а затем с помощью смещения масс поршня, формы канавок, массы подвижных масс, а также размещения окон постараться сделать естественным движение поршня, соответствующее форме разделителя 13.In this design, a substantially constant angle of inclination of the
Для уменьшения вероятности заклинивания поршня на ребре поршень в конструкции с одним поршнем можно установить под углом к оси вала (вектор угловой скорости поршня составляет острый угол с вектором угловой скорости вала), что уменьшит угол между поршнем и разделителем, сделает вращение поршня частично по ходу относительного движения разделителя. Недостатком этого будет увеличение продольной нагрузки на вал. И, наоборот, существует возможность разгрузить вал от продольной силы за счет наклона поршня в обратную сторону, но это может увеличить вероятность заклинивания поршня на спирали и износ прорези и спирали.To reduce the likelihood of piston jamming on the rib, a piston in a design with one piston can be installed at an angle to the shaft axis (the angular velocity vector of the piston is an acute angle with the angular velocity vector of the shaft), which will reduce the angle between the piston and the separator, and make the piston rotate partially along the relative separator movements. The disadvantage of this will be an increase in the longitudinal load on the shaft. Conversely, there is the possibility of unloading the shaft from the longitudinal force due to the inclination of the piston in the opposite direction, but this can increase the likelihood of the piston jamming on the spiral and the wear of the slot and spiral.
При создании многоступенчатых конструкций на одном валу на основе объемной роторной машины с поршнями, вращающимися на осях, скрещивающихся с осью вала и спиралеобразным разделителем и, возможно, направляющей, возникает проблема точного позиционирования части ступени, собранной на валу с корпусом этой ступени. Проблема усугубляется осевым смещением вала при износе упорных подшипников. При неточной установке вала в опорных подшипниках или при их износе из-за осевого смещения вала поршни могут упереться в стенки корпуса своей периферийной поверхностью. Это приводит к большим усилиям в парах трения вырез поршня разделитель и вырез поршня направляющая, что ведет к сильному износу этих элементов синхронизации.When creating multi-stage structures on one shaft based on a volumetric rotary machine with pistons rotating on axes that intersect with the axis of the shaft and a spiral separator and, possibly, a guide, the problem arises of the exact positioning of the part of the stage assembled on the shaft with the housing of this stage. The problem is exacerbated by axial displacement of the shaft when the thrust bearings wear. With inaccurate installation of the shaft in the thrust bearings or during wear due to axial displacement of the shaft, the pistons can abut against the housing walls with their peripheral surface. This leads to great efforts in the friction pairs of the piston cutout separator and piston cutout guide, which leads to severe wear of these synchronization elements.
Для решения этой проблемы возможна установка поршня 18 во вкладыше 50, который установлен в прорези 21 ротора с возможностью перемещения вместе с поршнем 18 вдоль вала 1 (см. фиг.36-39). По существу поршень 18 становится "плавающим" без ухудшения своих уплотнительных качеств. Поршень при этом установлен с возможностью вращения относительно вкладыша 50, который может быть снабжен средствами его фиксирования от перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения ротора 3, то есть от его выпадения из прорези 21.To solve this problem, it is possible to install the
При этом поршень 18 может быть выполнен заодно со своей осью 19а или выполнен с осевым отверстием, в которое входит отдельная ось 19а, проходящая также сквозь отверстие 19б во вкладыше-рамке 50 и соединяющая таким образом поршень с вкладышем.The
Вкладыш 50 может вставляться в прорезь 21 ротора 3 через открытый с торца вала 1 паз с перемещением вдоль вала. Или вкладыш 50 вставляется в глухую прорезь 21 с относительно небольшим смещением вдоль вала 1.The
Устройства фиксации вкладыша 50 могут быть выполнены в виде продольных пазов 51 и выступов 52, выполненных на боковых его сторонах и контактирующих с ответными выступами 52а или пазами вала 1. Между ступенями машины в прорезях между рамками могут быть установлены уплотнительные элементы.The locking device of the
В случае выполнения машины малооборотной необходимость использования фиксаторов вкладыша 50 отпадает. Поршень просто вставляется с вкладышем 50 в прорезь и удерживается на своем месте за счет постоянного контакта с внутренней поверхностью корпуса центробежными силами.If the machine is running at low speed, the need to use the
Попутно выяснилось, что возможность организации естественного неравномерного движения поршней может не только уменьшить потери на трение в осях поршней, их износ, уменьшить утечки (в том числе за счет площадок 26б), но и сильно изменить другие характеристики некоторых роторных компрессоров. Так, для компрессора с поступательно вращающимся поршнем см. патенты RU 2122129, 20.11.98, US 2500143 становится возможным уже при двух поршнях с одним вырезом и одним разделителем получать любые степени сжатия или разрежения (для вакуумных насосов). Но на роль компрессоров подходят все приведенные выше схемы насосов с поршнями с одним, двумя и тремя вырезами 22. Но для компрессоров оптимальное количество поршней два - три.Along the way, it turned out that the possibility of organizing a natural non-uniform movement of pistons can not only reduce friction losses in the piston axes, their wear, reduce leakage (including due to platforms 26b), but also greatly change other characteristics of some rotary compressors. So, for a compressor with a progressively rotating piston, see patents RU 2122129, 20.11.98, US 2500143, it becomes possible with two pistons with one cutout and one separator to obtain any degree of compression or vacuum (for vacuum pumps). But all the above schemes of pumps with pistons with one, two and three cutouts are suitable for the role of
Таким образом, за счет создания неравномерности вращения поршней удалось сократить длины и количество щелей, через которые возможны утечки, и при этом улучшить параметры компрессора за счет освобождения полезного объема, занятого элементами конструкции, а также формы ребер. Кроме того, у такого компрессора связь камер с окнами возникает или исчезает в моменты стабилизации их объема, а не в моменты их быстрого роста или убывания. Это устраняет необходимость предварительного открытия и закрытия окон, существующую у других компрессоров. (При быстром росте/убывании объема камеры невозможно мгновенно открыть окно в момент выравнивания давлений, поэтому открывают их, заранее идя на потери давления).Thus, due to the creation of uneven rotation of the pistons, it was possible to reduce the length and number of slots through which leaks are possible, and at the same time to improve the compressor parameters by freeing up the useful volume occupied by the structural elements, as well as the shape of the ribs. In addition, in such a compressor, the connection of the cameras with the windows occurs or disappears at the moments of stabilization of their volume, and not at the moments of their rapid growth or decrease. This eliminates the need for pre-opening and closing of windows that exists with other compressors. (With a rapid increase / decrease in the volume of the chamber, it is impossible to instantly open the window at the moment of pressure equalization, therefore they open them, in advance of losing pressure).
На фиг.32 приведена диаграмма, показывающая, как введение неравномерности вращения положительно влияет на производительность и степень сжатия компрессора. Прямая диагональ соответствует разделителю 13 при равномерном вращении поршней, а кривые - при разных степенях неравномерности.32 is a diagram showing how introducing rotation irregularities positively affects compressor performance and compression ratio. The straight diagonal corresponds to the
Аналогичным образом обстоит дело и с роторными двигателями внутреннего сгорания см. RU 2122129. Придание естественной неравномерности вращению поршней снижает необходимое количество поршней и вырезов в них и соответствующее количество спиральных ребер. Характеристики могут быть улучшены при этом за счет уменьшения утечек и эффектов, описанных выше для компрессоров.The situation is similar with rotary internal combustion engines, see RU 2122129. Giving a natural unevenness to the rotation of the pistons reduces the required number of pistons and notches in them and the corresponding number of spiral ribs. Performance can be improved while reducing leakage and the effects described above for compressors.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004133654/06A RU2301345C2 (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Method of off-loading of working members of rotary positive-displacement machine (versions) and design of rotary positive-displacement machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004133654/06A RU2301345C2 (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Method of off-loading of working members of rotary positive-displacement machine (versions) and design of rotary positive-displacement machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004133654A RU2004133654A (en) | 2006-04-20 |
| RU2301345C2 true RU2301345C2 (en) | 2007-06-20 |
Family
ID=36607967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004133654/06A RU2301345C2 (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Method of off-loading of working members of rotary positive-displacement machine (versions) and design of rotary positive-displacement machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301345C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8152504B2 (en) | 2006-07-10 | 2012-04-10 | Alexandr Vladimirovich Didin | Method of operation of a spherical positive displacement rotary machine and devices for carrying out said method |
| US8202070B2 (en) | 2006-06-06 | 2012-06-19 | Alexandr Vladimirovich Didin | Spherical positive displacement rotary machine |
| RU2575630C1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-02-20 | Андрей Павлович Лисицын | Multi-chamber turbine-rotor engine |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376478C2 (en) * | 2006-06-02 | 2009-12-20 | Александр Владимирович Дидин | Rotor-type positive-displacement machine |
-
2004
- 2004-11-18 RU RU2004133654/06A patent/RU2301345C2/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8202070B2 (en) | 2006-06-06 | 2012-06-19 | Alexandr Vladimirovich Didin | Spherical positive displacement rotary machine |
| US8152504B2 (en) | 2006-07-10 | 2012-04-10 | Alexandr Vladimirovich Didin | Method of operation of a spherical positive displacement rotary machine and devices for carrying out said method |
| RU2575630C1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-02-20 | Андрей Павлович Лисицын | Multi-chamber turbine-rotor engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004133654A (en) | 2006-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2656886C (en) | Method of operation of a spherical positive displacement rotary machine and devices for carrying out said method | |
| US11506056B2 (en) | Rotary machine | |
| US7837451B2 (en) | Non-contact seal for positive displacement capture device | |
| KR101484728B1 (en) | Scroll compressor | |
| US11802558B2 (en) | Axial load in helical trochoidal rotary machines | |
| US20220220958A1 (en) | Helical Trochoidal Rotary Machines with Improved Solids Handling | |
| US11448215B2 (en) | Hermetic compressor | |
| RU2301345C2 (en) | Method of off-loading of working members of rotary positive-displacement machine (versions) and design of rotary positive-displacement machine | |
| JPS5990789A (en) | Scroll pump | |
| US8133044B2 (en) | Positive displacement capture device and method of balancing positive displacement capture devices | |
| RU2376478C2 (en) | Rotor-type positive-displacement machine | |
| US4712987A (en) | Vane compressor provided with endless camming surface minimizing torque fluctuations | |
| JP2001304161A (en) | Improved vacuum pump | |
| JP7313560B2 (en) | rotary compressor | |
| KR0127833B1 (en) | Rotating-gylinder compressor | |
| CN204327492U (en) | Compressor | |
| EA012828B1 (en) | Chamber of volumetric rotary machine (versions) and vrm step comprising several chambers | |
| JPH11101190A (en) | Compressor | |
| US20230417242A1 (en) | Rotary Machines With Teardrop-Shaped Rotors | |
| JP4726914B2 (en) | Scroll fluid machinery | |
| CN109798244B (en) | Pentagonal rotor compressor | |
| US20080310981A1 (en) | Positive displacement flow separator | |
| RU2218482C1 (en) | Stage of submersible multistage centrifugal pump | |
| JP2000130371A (en) | Displacement fluid machine | |
| JP2000087885A (en) | Fluid forced feeder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080417 |