RU2386037C2

RU2386037C2 - Solid rotor machine

Info

Publication number: RU2386037C2
Application number: RU2008107882/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Дмитриевич Щербатюк (RU); Анатолий Дмитриевич Щербатюк; Елена Викторовна Яковлева (RU); Елена Викторовна Яковлева
Original assignee: ОАО "Улан-Удэнский авиационный завод"
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2010-04-10
Also published as: RU2008107882A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: solid rotor-type machine contains stator with located in it supports of rotation, butt discs, hollow shaft and casing, located in stator with ability of rotation in these supports and also split key, blade, installed inside the casing with ability of providing of rigid connection with discs and simultaneous sliding of it in split key, feeding windows located in opposite discs by both sides of blade. One of windows is communicated to internal cavity of stator and the other - with internal cavity of shaft by means of chambers located in machine. Casing is located co-axial with discs with ability of rigid connection with it and blade. Chamber is located inside the casing, hollow shaft is installed in the capacity of axis, located in supports of stator eccentric relative to common axis of casing and discs. Split key is installed in bushing, located inside the casing between discs with ability of rotation on axis and providing by its external diametre of contact to casing.

EFFECT: reduction of influence of moment of inertia, simplification of structure and increasing of volumetric coefficient of efficiency.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и, в частности к роторным машинам объемного действия.The invention relates to mechanical engineering and, in particular, to rotary machines of volumetric action.

Известна объемная роторная машина (RU 2282037 С1, 11.05.2005), содержащая неподвижный статор с размещенными в нем опорами, торцевые диски, полый вал и корпус, расположенные в статоре с возможностью вращения в этих опорах. Корпус по наружному диаметру установлен внутри одной из этих опор, выполненной, например, в виде подшипника качения. Машина содержит также сухарь, лопасть, установленную внутри корпуса с возможностью обеспечения жесткой связи с дисками и одновременным скольжением в сухаре, расположенном в корпусе. Кроме того, машина содержат питательные окна, расположенные в противоположных дисках по обе стороны лопасти, одно из которых сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала посредством размещенной в машине камеры.Known volumetric rotary machine (RU 2282037 C1, 05/11/2005), containing a fixed stator with supports placed therein, end disks, a hollow shaft and a housing located in the stator with the possibility of rotation in these supports. The outer diameter housing is installed inside one of these supports, made, for example, in the form of a rolling bearing. The machine also contains a cracker, a blade mounted inside the housing with the possibility of providing a rigid connection with the disks and at the same time sliding in the cracker located in the housing. In addition, the machine contains feeding windows located in opposite disks on both sides of the blade, one of which is connected with the internal cavity of the stator, and the other with the internal cavity of the shaft by means of a chamber located in the machine.

В данной машине вал вращается равномерно, а корпус имеет вращение неравномерное, характерное для кулисного механизма.In this machine, the shaft rotates evenly, and the body has an uneven rotation, characteristic of the rocker mechanism.

Основными недостатками данной машины являются повышенные моменты от сил инерции, действующие на вал, так как ось вращения вала расположена внутри корпуса. Суммарный момент инерции, действующий на рабочий вал, будет складываться из моментов инерции непосредственно корпуса и моментов инерции внутренней обоймы подшипника, в котором расположен корпус. Поэтому при увеличении числа лопастей на валу автоматически увеличивается и число неравномерно вращающихся масс в виде этих корпусов, заключенных во внутренние обоймы подшипников качения и самих тел качения. Недостатком является также и скольжение корпуса относительно торцовых дисков, что снижает герметичность и, как следствие, объемный КПД машины.The main disadvantages of this machine are the increased moments of inertia acting on the shaft, since the axis of rotation of the shaft is located inside the housing. The total moment of inertia acting on the working shaft will be the sum of the moments of inertia of the housing itself and the moments of inertia of the inner race of the bearing in which the housing is located. Therefore, with an increase in the number of blades on the shaft, the number of non-uniformly rotating masses in the form of these housings enclosed in inner cages of rolling bearings and rolling bodies themselves automatically increases. The disadvantage is the sliding of the housing relative to the end disks, which reduces the tightness and, as a result, the volumetric efficiency of the machine.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение влияния моментов инерции, упрощение конструкции, а также повышение объемного КПД машины.The technical problem to which the invention is directed is to reduce the influence of moments of inertia, simplify the design, and also increase the volumetric efficiency of the machine.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в роторной объемной машине, содержащей статор с размещенными в ней опорами, торцевые диски, полый вал и корпус, расположенные в статоре с возможностью вращения в опорах, а также сухарь, лопасть, установленную внутри корпуса с возможностью обеспечения жесткой связи с дисками и одновременным скольжением ее в сухаре, питательные окна, расположенные в противоположных дисках по обе стороны лопасти, одно окно из которых сообщено с внутренней полостью статора, а другое - с внутренней полостью вала посредством размещенной в машине камеры, согласно изобретению корпус расположен соосно с дисками с возможностью жесткой связи с ними и лопастью, камера размещена в корпусе. При этом полый вал установлен в качестве оси, расположенной эксцентрично в опорах статора относительно оси вращения корпуса и торцевых дисков, а сухарь установлен во втулке, размещенной внутри корпуса между дисками с возможностью обеспечения контакта с корпусом и вращения на оси. Кроме того, корпус и диски установлены с возможностью передачи крутящего момента и выполнены в виде ротора, а сама передача его может быть осуществлена или непосредственно от ротора, или при помощи вала, связанного с ротором кинематической передачей.The problem is solved due to the fact that in a rotary volumetric machine containing a stator with supports located therein, end disks, a hollow shaft and a housing located in the stator rotatably in the supports, as well as a cracker, a blade installed inside the housing with the possibility of providing rigid communication with the disks and its simultaneous sliding in the biscuit, nutrient windows located in opposite disks on both sides of the blade, one window of which is communicated with the internal cavity of the stator, and the other with the internal cavity of the shaft by means of the camera housed in the machine, according to the invention, the housing is aligned with the disks with the possibility of rigid connection with them and the blade, the camera is placed in the housing. In this case, the hollow shaft is installed as an axis located eccentrically in the stator supports relative to the axis of rotation of the housing and the end disks, and a cracker is installed in a sleeve located inside the housing between the disks with the possibility of contact with the housing and rotation on the axis. In addition, the housing and discs are mounted with the possibility of transmitting torque and are made in the form of a rotor, and its transmission can be carried out either directly from the rotor, or using a shaft connected to the rotor by a kinematic transmission.

Соосное расположение корпуса относительно дисков с возможностью обеспечения жесткой связи с ними и лопастью, и выполненное в виде ротора, значительно снижает моменты от сил инерции и повышает объемный КПД. Это происходит благодаря тому, что передача крутящего момента в предложенной машине осуществлена при помощи корпуса с дисками, выполненных в виде ротора, а неуравновешенные моменты от сил инерции приложены ко втулке, вращающейся внутри ротора на оси. При этом не только значительно уменьшаются радиусы приложения сил инерции, но и появляется возможность уменьшения вращающихся масс самой втулки путем выполнения в ней карманов. Кроме того, устраняется необходимость наличия опор вращения в статоре для каждого корпуса, так как корпус выполнен единым, что также упрощает конструкцию в целом. Здесь нужно заметить, что при любом количестве рабочих лопастей в машине этот единый корпус посредством дисков будет располагаться в виде ротора всего на 2-х опорах вращения.The coaxial arrangement of the case relative to the disks with the possibility of providing a rigid connection with them and the blade, and made in the form of a rotor, significantly reduces the moments of inertia and increases volumetric efficiency. This is due to the fact that the transmission of torque in the proposed machine is carried out using a housing with disks made in the form of a rotor, and unbalanced moments from inertia are applied to the sleeve rotating inside the rotor on the axis. In this case, not only the radii of the application of inertial forces are significantly reduced, but also the possibility arises of reducing the rotating masses of the sleeve itself by making pockets in it. In addition, the need for rotation supports in the stator for each housing is eliminated, since the housing is single, which also simplifies the design as a whole. Here it should be noted that for any number of working blades in the machine, this single body by means of disks will be located in the form of a rotor on only 2 rotation supports.

Поэтому техническое решение позволяет снизить моменты инерции, упростить конструкцию, а также повысить объемный КПД машины за счет уменьшения перетечек.Therefore, the technical solution allows to reduce the moments of inertia, simplify the design, and also increase the volumetric efficiency of the machine by reducing leakage.

На чертежах приведена полуконструктивная схема машины.The drawings show a semi-structural diagram of the machine.

На фиг.1 изображен продольный разрез, где показано расположение и взаимосвязь основных частей машины.Figure 1 shows a longitudinal section, which shows the location and relationship of the main parts of the machine.

На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.Figure 2 is a section along aa in figure 1.

На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1.Figure 3 is a section along BB in figure 1.

На фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.Figure 4 is a section along BB in figure 1.

На фиг.5 - разрез по Г-Г на фиг.1.Figure 5 is a section along G-G in figure 1.

На фиг.6 - разрез по Д-Д на фиг.1.In Fig.6 is a section along DD in Fig.1.

На фиг.7 показан характер неравномерности вращательного движения левой втулки.Figure 7 shows the nature of the uneven rotation of the left sleeve.

На фиг.8 показан характер неравномерности вращательного движения правой втулки.On Fig shows the nature of the uneven rotation of the right sleeve.

Схема поясняет работу машины в режиме полноприводного двигателя, поэтому сама машина представлена в виде сдвоенной.The diagram explains the operation of the machine in four-wheel drive mode, so the machine itself is presented as a double.

Объемная роторная машина содержит статор 1 с размещенными в нем четырьмя опорами вращения 2, выполненными, например, в виде подшипников качения, торцевые диски 3 и 4, полая ось 5 и корпус 6 расположены в статоре 1 с возможностью вращения на двух опорах 2. Машина содержит также лопасть 8, установленную внутри корпуса 6 и жестко связанную с ним и дисками 3 и 4. Кроме того, свободный конец лопасти 8 установлен в сухаре 7 с возможностью скольжения. В свою очередь, сухарь 7 установлен во втулке 12, размещенной внутри корпуса 6 между дисками 3 и 4 с возможностью движения относительно их и вращения на оси 5 при помощи игольчатых подшипников 13. В дисках 3 и 4 расположены также питательные окна соответственно 9 и 10. (На разрезах А-А и Б-Б окна 10 показаны условно.) Винты 14 (см. фиг.6) служат для установки рабочего эксцентриситета е (см. фиг.1 и фиг.6), а также для уменьшения контактного давления втулки 12 на корпус 6 при работе машины. Пружины 15 служат для создания постоянного контакта, а также для предохранения от поломок в случае загрязнения рабочей среды твердыми частицам. Так как ось 5 установлена между дисками 3 с возможностью вращения от сил трения, то на открытый (правый) конец предусмотрена установка уплотнения 16 (см. фиг.1)The volumetric rotary machine comprises a stator 1 with four rotation bearings 2 located therein, made, for example, in the form of rolling bearings, end disks 3 and 4, a hollow axis 5 and a housing 6 are arranged in the stator 1 with the possibility of rotation on two bearings 2. The machine contains also a blade 8 mounted inside the housing 6 and rigidly connected with it and the disks 3 and 4. In addition, the free end of the blade 8 is installed in the cracker 7 with the possibility of sliding. In turn, the cracker 7 is installed in the sleeve 12, located inside the housing 6 between the disks 3 and 4 with the possibility of movement relative to them and rotation on the axis 5 using needle bearings 13. In the disks 3 and 4 there are also feeding windows 9 and 10, respectively. (On sections A-A and B-B, windows 10 are shown conditionally.) Screws 14 (see Fig. 6) are used to set the working eccentricity e (see Fig. 1 and Fig. 6), as well as to reduce the contact pressure of the sleeve 12 to the housing 6 during operation of the machine. Springs 15 are used to create constant contact, as well as to protect against breakdowns in case of contamination of the working medium by solid particles. Since the axis 5 is installed between the disks 3 with the possibility of rotation from friction, then on the open (right) end, a seal 16 is provided (see figure 1)

Кроме того, передача рабочего крутящего момента может быть осуществлена, или непосредственно от корпуса 6, например, колесом 17, или при помощи вала 18, связанного с корпусом 6 и дисками 4 кинематической, например зубчатой, передачей 19.In addition, the transmission of working torque can be carried out either directly from the housing 6, for example, by a wheel 17, or by means of a shaft 18 connected to the housing 6 and the disks 4 by a kinematic, for example, gear, transmission 19.

Как было указано выше, для работы в режиме двигателя машина выполнена сдвоенной. Для этого в общем корпусе 6 установлена дополнительная лопасть 8 (правая см. фиг.1), развернутая на 180° по отношению к первой (левой). Соответственно установлены диски, втулка в сборе с сухарем, аналогично описанным выше, т.е. машина состоит из двух секций, работающих в противофазе. Камера 11 расположена при этом между дисками 3 внутри корпуса 6 и сообщает питательные окна 9 дисков с полостью оси 5.As mentioned above, for operation in engine mode, the machine is dual. To do this, in the common casing 6, an additional blade 8 is installed (right, see figure 1), rotated 180 ° in relation to the first (left). Accordingly, discs are installed, the hub assembly with a cracker, similar to those described above, i.e. the machine consists of two sections operating in antiphase. The camera 11 is located between the disks 3 inside the housing 6 and communicates the power windows 9 of the disks with a cavity axis 5.

Машина работает следующим образом.The machine operates as follows.

Рабочее тело под избыточным давлением Р подается в полую ось 5.(см. фиг.1) и попадает в полость камеры 11. Так как окно питания 9 (впускное) и окно питания 10 (выпускное) правой секции в этот момент перекрыты втулкой 12 (см. фиг.3 и 5), таким образом, рабочее тело попадает в рабочую камеру левой секции через открытое окно питания 9 (см. фиг.2 и 4) и воздействует на лопасть 8. Корпус 6 и диски 3 и 4, жестко связанные с лопастью 8, вращаются при этом в направлении, указанном стрелкой (см. фиг.1 и 2).The working fluid under excess pressure P is fed into the hollow axis 5. (see figure 1) and enters the cavity of the chamber 11. Since the power window 9 (inlet) and power window 10 (outlet) of the right section at this moment are blocked by a sleeve 12 ( see Figs. 3 and 5), thus, the working fluid enters the working chamber of the left section through the open power window 9 (see Figs. 2 and 4) and acts on the blade 8. The housing 6 and the disks 3 and 4, rigidly connected with the blade 8, rotate in this direction in the direction of the arrow (see figures 1 and 2).

При этом рабочий объем камеры, расположенной с правой стороны от лопасти 8 (см. фиг.2), будет увеличиваться, а с левой - уменьшаться, и рабочее тело через окно питания 10 (см. фиг.2) будет вытесняться во внутреннюю полостью статора 1, а затем через расположенное внизу отверстие в систему или в атмосферу.In this case, the working volume of the chamber located on the right side of the blade 8 (see Fig. 2) will increase, and on the left - will decrease, and the working fluid through the power window 10 (see Fig. 2) will be forced into the internal cavity of the stator 1, and then through the bottom hole into the system or into the atmosphere.

Крутящий момент при этом будет развивать только лопасть 8 левой секции (см. фиг.2 и 4). Затем начинают открываться окна питания 9 и 10, расположенные в правой секции. Рабочая площадь правой лопасти 8 будет увеличиваться, а левой уменьшаться. Крутящий момент, развиваемый при этом корпусом 6 будет суммарным от двух лопастей обоих секций. При достижении правой лопасти 8 горизонтального положения (см. фиг.8) правая втулка 12 достигнет максимальной скорости вращения и опередит корпус 6 на угол +α. Левая втулка 12 при этом будет иметь минимальную скорость и отстанет от корпуса 6 на угол - α (см. фиг.7). При вертикальных положениях лопастей 8 обоих секций скорости вращения втулок 12 и корпуса 6 будут равны.In this case, only the blade 8 of the left section will develop torque (see FIGS. 2 and 4). Then the power windows 9 and 10 located in the right section begin to open. The working area of the right blade 8 will increase, and the left to decrease. The torque developed in this case 6 will be the total of the two blades of both sections. Upon reaching the right blade 8 horizontal position (see Fig. 8), the right sleeve 12 will reach the maximum rotation speed and get ahead of the housing 6 by an angle + α. The left sleeve 12 in this case will have a minimum speed and will lag behind the housing 6 by an angle α - (see Fig. 7). With the vertical positions of the blades 8 of both sections, the rotational speeds of the bushings 12 and the housing 6 will be equal.

Передача крутящего момента может быть осуществлена или непосредственно от корпуса 6 на колесо 17, или при помощи зубчатой передачи 19 на вал 18.The transmission of torque can be carried out either directly from the housing 6 to the wheel 17, or using a gear transmission 19 to the shaft 18.

Неравномерность вращения втулок 12 прямо зависит от величины е=Д-Д₁/2.The uneven rotation of the sleeves 12 directly depends on the value of e = D-D _1/2 .

Основным ценным качеством как у прототипа, так и у предлагаемой машины, в отличии от известных, является то, что относительные скорости скольжения (V_ск) между втулкой 12 и дисками 3 и 4 не зависят от габаритов (диаметров) машины, а лишь от эксцентриситета (е) и числа оборотов (n) в единицу времени, т.е. V_ск=π×2е×n.The main valuable quality of both the prototype and the proposed machine, unlike the known ones, is that the relative sliding speeds (V _ck ) between the sleeve 12 and the disks 3 and 4 do not depend on the dimensions (diameters) of the machine, but only on the eccentricity (e) and number of revolutions (n) per unit time, i.e. V _ck = π × 2e × n.

Отсюда неожиданный технический эффект будет заключаться в том, что увеличение габаритов рабочих звеньев машины не ведет к увеличению их относительных скоростей скольжения и, как следствие, к увеличению износа и нагрева от сил трения.Hence the unexpected technical effect will consist in the fact that an increase in the dimensions of the working links of the machine does not lead to an increase in their relative sliding speeds and, as a result, to an increase in wear and heat from friction forces.

Claims

1. Volumetric rotary machine containing a stator with rotational bearings located therein, end disks, a hollow shaft and a housing located in the stator with the possibility of rotation in these bearings, as well as a cracker, a blade mounted inside the housing with the possibility of hard communication with the disks and by sliding it in a biscuit at the same time, nutrient windows located in opposite disks on both sides of the blade, one window of which is communicated with the internal cavity of the stator, and the other with the internal cavity of the shaft by means of a camera located in m machine, characterized in that the housing is coaxial with the disks with the possibility of rigid connection with them and the blade, the camera is placed inside the housing, the hollow shaft is installed as an axis located in the stator supports eccentrically relative to the common axis of the housing and disks, and the cracker is installed in the sleeve placed inside the case between the disks with the possibility of rotation on the axis and providing in its outer diameter of contact with the case.

2. Volumetric rotary machine according to claim 1, characterized in that the housing and discs are mounted with the possibility of transmitting torque and are made in the form of a rotor.

3. Volumetric rotary machine according to claim 2, characterized in that the transmission of torque is carried out directly from the rotor.

4. Volumetric rotary machine according to claim 2, characterized in that the transmission of torque is carried out using a shaft connected kinematically with the rotor.