RU2746939C1 - Planetary rotary volumetric machine - Google Patents

Planetary rotary volumetric machine Download PDF

Info

Publication number
RU2746939C1
RU2746939C1 RU2020106688A RU2020106688A RU2746939C1 RU 2746939 C1 RU2746939 C1 RU 2746939C1 RU 2020106688 A RU2020106688 A RU 2020106688A RU 2020106688 A RU2020106688 A RU 2020106688A RU 2746939 C1 RU2746939 C1 RU 2746939C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
satellite
stator
rotor
radius
sections
Prior art date
Application number
RU2020106688A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Глеб Юрьевич Волков
Денис Вячеславович Фадюшин
Original Assignee
Глеб Юрьевич Волков
Денис Вячеславович Фадюшин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Глеб Юрьевич Волков, Денис Вячеславович Фадюшин filed Critical Глеб Юрьевич Волков
Priority to RU2020106688A priority Critical patent/RU2746939C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746939C1 publication Critical patent/RU2746939C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C25/00—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids
    • F04C25/02—Adaptations of pumps for special use of pumps for elastic fluids for producing high vacuum

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: volumetric machines.
SUBSTANCE: invention relates to volumetric machines and namely to vacuum pumps, compressors. The machine contains a rotor 1, made in the form of a non-circular wheel with external teeth, a stator 2, made in the form of a non-circular wheel with internal teeth, interacting with the stator 2 and the rotor 1 circular floating satellites 3, stationary end walls 4 and 5, as well as a system of supply channels and outlet 7 and 12 of the working environment. The centroids of the rotor 1 and stator 2 have the same number of sections of the upper stand of the satellites 3, which are circles of the maximum radius, the same number of sections of the lower stand of the satellites 3, which are circles of the minimum radius, and the transition sections located between them, providing a smooth transition from the maximum radius to the minimum. The angular extent of each transitional segment of the centroid is set at a certain interval. The angular extent of each section of the minimum radius is equal to the angular extent of each section of the maximum radius and is given by a certain ratio. The average centrifugal force of inertia acting on the satellite 3 depends in a certain way on the maximum force of the medium pressure on the satellite 3.
EFFECT: invention is aimed at increasing the compression ratio of the working medium.
6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к объемным машинам, предназначенным для работы со сжимаемыми средами (газами): вакуумным насосам, компрессорам.The invention relates to volumetric machines designed to work with compressible media (gases): vacuum pumps, compressors.

Известна объемная роторная машина планетарного типа RU 2137943, содержащая два волнообразных центральных колеса, одно из которых (ротор) имеет внешние, а другое (статор) внутренние зубья, сопряженные с ними круглые плавающие сателлиты и торцовые стенки с каналами подвода и отвода рабочей среды. Центроида колеса с внешними зубьями имеет М=2 волны, а центроида колеса с внутренними зубьями - N=4 волны (соотношение чисел волн 2×4). При этом количество V плавающих сателлитов равно сумме чисел волн колес с внешними и внутренними зубьями, V=M+N=6. Рабочие камеры машины заключены между зубчатыми поверхностями центральных колес и сателлитов. Волны на центроидах плавные, соответствуют гармоническому закону изменения радиуса центроиды в полярных координатах. Недостатком такой объемной машины является малая величина отношения максимального и минимального объемов рабочих камер (около 3-х). Этого недостаточно для эффективной работы машины со сжимаемыми средами (газами). Тот же недостаток имеют известные машины с соотношением чисел волн 4×6 (US 6230823), 6×8 (US 6230823), 1×2 (SU 861734), 1×3 (DE 288340), 2×3 (WO 0166948), 3×4 (SU 1403993).Known volumetric rotary machine of planetary type RU 2137943, containing two undulating central wheels, one of which (rotor) has external, and the other (stator) internal teeth, associated circular floating satellites and end walls with channels for supply and discharge of the working medium. The centroid of the wheel with external teeth has M = 2 waves, and the centroid of the wheel with internal teeth has N = 4 waves (the ratio of the number of waves is 2 × 4). In this case, the number V of floating satellites is equal to the sum of the numbers of waves of wheels with external and internal teeth, V = M + N = 6. The working chambers of the machine are enclosed between the toothed surfaces of the central wheels and satellites. The waves on the centroids are smooth and correspond to the harmonic law of variation of the centroid radius in polar coordinates. The disadvantage of such a volumetric machine is the small value of the ratio of the maximum and minimum volumes of working chambers (about 3). This is not enough for the efficient operation of the machine with compressible media (gases). The same disadvantage has the known machines with the ratio of the number of waves 4 × 6 (US 6230823), 6 × 8 (US 6230823), 1 × 2 (SU 861734), 1 × 3 (DE 288340), 2 × 3 (WO 0166948), 3 × 4 (SU 1403993).

Известна RU 2513057 объемная роторная машина планетарного типа с числами волн M=N=1 (1×1). При гармоническом законе изменения радиуса центроид, число волн - одна волна - значит, что центральные колеса круглые, но установлены на своих осях с эксцентриситетом. Гармонический характер изменения радиуса центроид обуславливает невысокое значение отношения максимального и минимального объемов рабочих камер (3…4).Known RU 2513057 rotary volumetric machine of the planetary type with the number of waves M = N = 1 (1 × 1). With the harmonic law of change in the radius of the centroid, the number of waves is one wave, which means that the central wheels are round, but they are installed on their axes with eccentricity. The harmonious nature of the centroid radius change determines the low value of the ratio of the maximum and minimum volumes of the working chambers (3 ... 4).

Для выполнения условия M=N необходимо, чтобы и число зубьев центральных колес с внешними и внутренними зубьями было одинаково. Это возможно только при использовании больших значений коэффициента смещения инструмента (Х=+10…15) при нарезании внутренних зубьев статора. Как следствие - большой угол зацепления (αw2=30…40°) в пареTo fulfill the condition M = N, it is necessary that the number of teeth of the central wheels with external and internal teeth be the same. This is possible only when using large values of the tool offset coefficient (X = + 10 ... 15) when cutting the internal teeth of the stator. As a consequence - a large angle of engagement (α w2 = 30 ... 40 °) in a pair

сателлит-статор. В итоге появился новый недостаток - увеличенный угол давления в этой паре. Сказанное снижает нагрузочную способность зубьев и общую надежность работы механизма. Те же недостатки присутствуют и в схеме машины 2×2 (RU 144306).satellite stator. As a result, a new drawback appeared - an increased pressure angle in this pair. This reduces the load capacity of the teeth and the overall reliability of the mechanism. The same disadvantages are present in the 2 × 2 machine layout (RU 144306).

Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой конструкции (ее прототипом) является планетарная объемная роторная машина (RU 2687189). Эта машина состоит из n>1 последовательно соединенных секций, каждая из которых содержит вращающееся центральное колесо с внешними зубьями, центроида которого имеет М волн, неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, число волн центроиды которого равно N, а также взаимодействующие с центральными колесами плавающие сателлиты, неподвижные торцовые стенки и систему каналов подвода и отвода рабочей среды. Каналы отвода рабочей среды предыдущей секции соединены с каналами подвода последующей секции, а центральные колеса с внешними зубьями всех секций закреплены на общем валу. Центроиды центральных колес содержат соответственно М и N участков, являющихся окружностями максимального радиуса (Rmax), столько же участков, являющихся окружностями минимального радиуса (Rmin), и расположенные между ними участки, обеспечивающие плавный переход от Rmax к Rmin, при этом каналы подвода и отвода рабочей среды открыты в периоды прохождения сателлитами переходных участков. Угловая протяженность ΔR каждого участка центроиды с максимальным радиусом Rmax равна угловой протяженности участка центроиды с минимальным радиусом Rmin и составляет:The closest in technical essence of the proposed design (its prototype) is a planetary rotary volumetric machine (RU 2687189). This machine consists of n> 1 series-connected sections, each of which contains a rotating central wheel with external teeth, the centroid of which has M waves, a stationary central wheel with internal teeth, the number of centroid waves of which is N, as well as floating satellites interacting with the central wheels , fixed end walls and a system of channels for supplying and removing the working medium. The channels for removing the working medium of the previous section are connected to the channels for supplying the next section, and the central wheels with external teeth of all sections are fixed on a common shaft. The centroids of the central wheels contain, respectively, M and N sections that are circles of the maximum radius (R max ), the same number of sections that are circles of the minimum radius (R min ), and sections located between them that provide a smooth transition from R max to R min , while the channels for supplying and removing the working medium are open during the periods when the satellites pass through the transitional sections. The angular length Δ R of each section of the centroid with the maximum radius R max is equal to the angular length of the section of the centroid with the minimum radius R min and is:

Figure 00000001
Figure 00000001

где G - число волн соответствующего центрального колеса (М или N).where G is the number of waves of the corresponding central wheel (M or N).

Техническим результатом изобретения (RU 2687189) является достижение постоянного мгновенного расхода несжимаемой жидкости. Для работы на сжимаемых рабочих средах такая конструкция машины непригодна, так как, из-за наличия широких каналов, перекрывающих сателлит, не обеспечивает сжатие рабочей среды. Если абстрагироваться от формы каналов, и рассматривать только конфигурацию рабочих камер, то можно заметить, что наличие участков центроид с постоянными (максимальным Rmax и минимальным Rmin) радиусами существенно увеличивает значение отношения максимального объема рабочей камеры к минимальному по сравнению с аналогом, в котором центроиды характеризуются гармонической функцией. Однако в конструкции, известной по патенту (RU 2687189), это свойство механизма никак не используется. Недостатки, связанные с большим углом давления в кинематической паре сателлит-статор, в такой машине сохраняются. Под действием силы реакции зуба статора, сателлит, выбирая зазоры в зацеплениях, смещается в сторону ротора. Это дополнительно ухудшает условия передачи движения в кинематической паре сателлит-статор.The technical result of the invention (RU 2687189) is to achieve a constant instantaneous flow rate of an incompressible liquid. For work on compressible working media, this design of the machine is unsuitable, since, due to the presence of wide channels overlapping the satellite, it does not provide compression of the working medium. If we abstract from the shape of the channels, and consider only the configuration of the working chambers, then we can see that the presence of centroid sections with constant (maximum R max and minimum R min ) radii significantly increases the ratio of the maximum volume of the working chamber to the minimum in comparison with the analogue, in which centroids are characterized by harmonic function. However, in the design known from the patent (RU 2687189), this property of the mechanism is not used in any way. The disadvantages associated with a large pressure angle in the kinematic pair of satellite-stator remain in such a machine. Under the action of the reaction force of the stator tooth, the satellite, choosing the clearances in the meshes, is shifted towards the rotor. This further worsens the conditions for the transmission of motion in the kinematic pair of satellite-stator.

Техническая задача изобретения состоит в увеличении величины отношения максимального и минимального объемов рабочих камер и обеспечении постоянного плотного прижатия сателлита к статору.The technical problem of the invention is to increase the value of the ratio of the maximum and minimum volumes of the working chambers and to ensure a constant tight pressing of the satellite to the stator.

Техническим результатом изобретения является повышение степени сжатия рабочей среды.The technical result of the invention is to increase the compression ratio of the working medium.

Предлагается планетарная роторная объемная машина. Она содержит ротор, выполненный в виде некруглого колеса с внешними зубьями, статор, выполненный в виде некруглого колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие со статором и ротором круглые плавающие сателлиты, неподвижные торцовые стенки и систему каналов подвода и отвода рабочей среды. Центроиды ротора и статора имеют одинаковое число М участков верхнего выстоя сателлитов, являющихся окружностями максимального радиуса Rmax, столько же участков нижнего выстоя сателлитов, являющихся окружностями минимального радиуса Rmin, и расположенные между ними переходные участки, обеспечивающие плавный переход от Rmax к Rmin. Новым является то, что угловая протяженность Δcos каждого переходного участка центроид равна 35…55°, а угловая протяженность каждого участка минимального радиуса ΔRmin равна угловой протяженности каждого участка максимального радиуса ΔRmax и определяется соотношением:A planetary rotary positive displacement machine is offered. It contains a rotor made in the form of a non-circular wheel with external teeth, a stator made in the form of a non-circular wheel with internal teeth, circular floating satellites interacting with the stator and the rotor, fixed end walls and a system of channels for supplying and removing the working medium. The centroids of the rotor and stator have the same number M of sections of the upper stand of the satellites, which are circles of the maximum radius R max , the same number of sections of the lower stand of the satellites, which are circles of the minimum radius R min , and transitional sections located between them, providing a smooth transition from R max to R min ... The novelty is that the angular length Δ cos of each transition section of the centroid is 35 ... 55 °, and the angular length of each section of the minimum radius Δ Rmin is equal to the angular length of each section of the maximum radius Δ Rmax and is determined by the ratio:

ΔRmax=ΔRmin=(180°/М) - Δcos.Δ Rmax = Δ Rmin = (180 ° / M) - Δ cos .

Количественное соотношение геометрических параметров машины, массы m сателлита и угловой скорости ω1 ротора таково, что средняя центробежная сила Fc инерции, действующая на сателлит, составляет не менее 0,2 от максимальной силы Р давления среды на сателлит.The quantitative ratio of the geometric parameters of the machine, the mass m of the satellite and the angular velocity ω 1 of the rotor is such that the average centrifugal force F c of inertia acting on the satellite is at least 0.2 of the maximum force P of the medium pressure on the satellite.

Наличие участков выстоя сателлитов в сочетании с переходными участками в указанных параметрических пропорциях обеспечивает максимально возможную, для машин подобного типа, величину отношения максимального и минимального объемов рабочих камер. Наличия выстоев сателлитов в планетарных роторных объемных машинах можно добиться в случае равенства числа М волн центроид ротора и статора. Но такое равенство возможно только, если зубья статора нарезаны с большим положительным смещением, что ухудшает условия передачи движения в кинематической паре статор-сателлит. Предлагаемое соотношение геометрических и динамических параметров устройства компенсирует этот недостаток и обеспечивает надежное зацепление сателлита со статором.The presence of satellites standing areas in combination with transition areas in the indicated parametric proportions provides the maximum possible, for machines of this type, the value of the ratio of the maximum and minimum volumes of the working chambers. The presence of the heights of satellites in planetary rotary volumetric machines can be achieved in the case of equality of the number M of waves of the centroid of the rotor and stator. But such equality is possible only if the stator teeth are cut with a large positive displacement, which worsens the conditions for the transmission of motion in the stator-satellite kinematic pair. The proposed ratio of the geometric and dynamic parameters of the device compensates for this disadvantage and ensures reliable engagement of the satellite with the stator.

Самая большая разница максимального и минимального объемов рабочих камер достигается, когда центроиды ротора и статора имеют по одному участку верхнего выстоя М=1, а ротор установлен относительно статора в подшипниках качения.The greatest difference between the maximum and minimum volumes of the working chambers is achieved when the centroids of the rotor and the stator have one section of the upper standing M = 1, and the rotor is mounted relative to the stator in rolling bearings.

В другом возможном варианте объемной машины, центроиды ротора и статора имеют по два участка верхнего выстоя М=2. При этом разница максимального и минимального объемов рабочих камер будет несколько ниже, но зато, не обязательно присутствие подшипников.In another possible version of the volumetric machine, the rotor and stator centroids each have two sections of the upper standing M = 2. At the same time, the difference between the maximum and minimum volumes of the working chambers will be slightly lower, but on the other hand, the presence of bearings is not necessary.

Если сателлит изготовлен из полимерного материала, то в выполненное в нем осевое отверстие предлагается вставить утяжеляющий его металлический, например, свинцовый, стержень.If the satellite is made of a polymer material, then it is proposed to insert a metal weighting rod, for example, lead, into the axial hole made in it.

Оптимальные геометрические и динамические параметры предлагаемой объемной машины, соответствуют следующим условиям. Центроиды ротора и статора на переходных участках являются эквидистантами траектории движения центра сателлита по закону:Optimal geometrical and dynamic parameters of the offered volumetric machine correspond to the following conditions. The centroids of the rotor and stator in the transitional sections are equidistant to the trajectory of the satellite center according to the law:

r2=r0 ⋅ (1+k ⋅ cos(My ⋅ ϕ2)),r 2 = r 0 ⋅ (1 + k ⋅ cos (M y ⋅ ϕ 2 )),

где r2 - мгновенный радиус центровой траектории сателлита в его движении относительно эпицикла;where r 2 is the instantaneous radius of the center trajectory of the satellite in its motion relative to the epicycle;

r0 - средний радиус центровой траектории сателлита;r 0 - the average radius of the center trajectory of the satellite;

ϕ2 - текущий угол поворота центра сателлита относительно статора;ϕ 2 - the current angle of rotation of the center of the satellite relative to the stator;

My=3,5…5 - условное число волн на участках переменного радиуса;M y = 3.5 ... 5 - conditional number of waves in sections of variable radius;

k=0,08…1,2 - коэффициент интенсивности волн.k = 0.08 ... 1.2 is the wave intensity factor.

Необходимое количественное соотношение динамических параметров объемной машины соответствует условию:The required quantitative ratio of the dynamic parameters of the volumetric machine corresponds to the condition:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ω1 - угловая скорость ротора;where ω 1 - the angular speed of the rotor;

m - масса сателлита;m is the mass of the satellite;

p - давление среды;p is the pressure of the medium;

b - длина сателлита;b is the length of the satellite;

dc - делительный диаметр сателлита.d c - pitch diameter of the satellite.

Примеры реализации изобретения иллюстрируются чертежами.Examples of implementation of the invention are illustrated in the drawings.

На фигуре 1 изображена планетарная роторная объемная машина в осевом разрезе. На фигуре 2 в разрезе по плоскости А-А показана машина, выполненная по варианту 1×1. На фигуре 3 в разрезе по плоскости А-А показан вариант 2×2. На фигуре 4 показаны силы, действующие на сателлит в наиболее «опасном» положении.The figure 1 shows a planetary rotary volumetric machine in axial section. Figure 2, in section along the plane A-A, shows a machine made according to the 1 × 1 option. In figure 3, a 2 × 2 variant is shown in a section along the plane A-A. Figure 4 shows the forces acting on the satellite in the most "dangerous" position.

Машина 1×1, показанная на фигурах 1-2, содержит ротор 1, выполненный в виде некруглого колеса с внешними зубьями, статор 2, выполненный в виде некруглого колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие со статором 2 и ротором 1 круглые плавающие сателлиты 3, неподвижные торцовые стенки 4 и 5, стянутые шпильками 6, а также систему каналов подвода 7 и отвода 12 рабочей среды. Ротор посредством шлицев 8 закреплен на валу 9, который установлен относительно статора 2 в подшипниках качения 10. Сателлит 3 выполнен из полимерного материала, который имеет сравнительно малую плотность. Но для увеличения общей массы сателлита в его центральное отверстие вставлен свинцовый стержень 11.The 1 × 1 machine shown in Figures 1-2 contains a rotor 1, made in the form of a non-circular wheel with external teeth, a stator 2, made in the form of a non-circular wheel with internal teeth, interacting with the stator 2 and the rotor 1 circular floating satellites 3, stationary end walls 4 and 5, tightened with pins 6, as well as a system of channels for supplying 7 and removing 12 of the working medium. The rotor is fixed by means of splines 8 on a shaft 9, which is mounted relative to the stator 2 in rolling bearings 10. The satellite 3 is made of a polymer material, which has a relatively low density. But to increase the total mass of the satellite, a lead rod 11 is inserted into its central hole.

Центроиды ротора 1 и статора 2 имеют одинаковое число волн М=1, т.е. один участок верхнего выстоя сателлитов, являющийся окружностью максимального радиуса (Rmax), один участок нижнего выстоя сателлитов, являющийся окружностью минимального радиуса (Rmin), и расположенные между ними переходные участки, обеспечивающие плавный переход от Rmax к Rmin. Угловая протяженность Δcos каждого переходного участка центроид равна 45°, а угловая протяженность участка минимального радиуса ΔRmin равна угловой протяженности участка максимального радиуса ΔRmax и определяется соотношениемThe centroids of the rotor 1 and stator 2 have the same number of waves M = 1, i.e. one section of the upper stand of the satellites, which is a circle of the maximum radius (R max ), one section of the lower stand of the satellites, which is a circle of the minimum radius (R min ), and transitional sections located between them, providing a smooth transition from Rmax to R min . The angular length Δ cos of each transitional segment of the centroid is equal to 45 °, and the angular length of the segment of the minimum radius Δ Rmin is equal to the angular length of the segment of the maximum radius Δ Rmax and is determined by the relation

ΔRmax=ΔRmin=(180°/M) - Δcos=180/1 - 45°=135°.Δ Rmax = Δ Rmin = (180 ° / M) - Δ cos = 180/1 - 45 ° = 135 °.

Центроиды ротора 1 и статора 2 на переходных участках являются эквидистантами к траектории движения центра сателлита (фиг. 3). В примере эта траектория соответствует наиболее простому закону:The centroids of the rotor 1 and stator 2 in the transition areas are equidistant to the trajectory of the center of the satellite (Fig. 3). In the example, this trajectory follows the simplest law:

r2=r0 ⋅ (1+k ⋅ cos(My ⋅ ϕ2)),r 2 = r 0 ⋅ (1 + k ⋅ cos (M y ⋅ ϕ 2 )),

где r2 - мгновенный радиус центровой траектории сателлита в его движении относительно эпицикла;where r 2 is the instantaneous radius of the center trajectory of the satellite in its motion relative to the epicycle;

r0 - средний радиус центровой траектории сателлита;r 0 - the average radius of the center trajectory of the satellite;

ϕ2 - текущий угол поворота центра сателлита относительно статора;ϕ 2 - the current angle of rotation of the center of the satellite relative to the stator;

My - условное число волн на участках переменного радиуса (в примере My=4);M y - conditional number of waves in sections of variable radius (in the example M y = 4);

k - коэффициент интенсивности волн (в примере k=0,1).k is the wave intensity factor (in the example, k = 0.1).

Использованные параметры машины обеспечивают переход с уровня Rmin на уровень Rmax при угле зацепления в кинематической паре сателлит - статор αw2 = 33°, и угле удержания сателлита λ = 34° (фиг. 3).The used parameters of the machine provide a transition from the level R min to the level R max at the angle of engagement in the kinematic pair of the satellite - stator α w2 = 33 °, and the angle of retention of the satellite λ = 34 ° (Fig. 3).

В режиме вакуумного насоса и компрессора машина работает следующим образом. Вал 9, посредством шлицев 8, передает вращение ротору 1. Взаимодействующие с ротором 1 сателлиты 3 катятся по статору 2, при этом происходит периодическое изменение объема рабочих полостей, расположенных между сателлитами. Воздух всасывается в насос, через отверстия 7, а выходит из насоса через отверстия 12.In the vacuum pump and compressor mode, the machine works as follows. Shaft 9, by means of splines 8, transmits rotation to the rotor 1. The satellites 3 interacting with the rotor 1 roll along the stator 2, while there is a periodic change in the volume of the working cavities located between the satellites. Air is sucked into the pump through holes 7, and leaves the pump through holes 12.

В рассматриваемом в качестве примера (фигура 2) насосе отношение максимального и минимального объемов рабочих камер - 7. Это означает, что теоретическая (расчетная) величина вакуума составит 0,86. Такой вакуум широко востребован во многих технических устройствах: промышленных пылесосах, ассенизаторских цистернах, зернопогрузчиках и т.д. Аналогичная машина, используемая в режиме компрессора, с учетом адиабатического характера процесса сжатия среды, обеспечит максимальное давления порядка 10 атм.In the pump considered as an example (figure 2), the ratio of the maximum and minimum volumes of the working chambers is 7. This means that the theoretical (calculated) value of the vacuum will be 0.86. Such a vacuum is widely demanded in many technical devices: industrial vacuum cleaners, cisterns, grain loaders, etc. A similar machine used in compressor mode, taking into account the adiabatic nature of the process of compressing the medium, will provide a maximum pressure of about 10 atm.

Для надежной работы машины нужно, чтобы в кинематической паре статор-сателлит сателлит был плотно прижат к статору (фиг. 4). Количественное соотношение динамических параметров машины, обеспечивающих выполнение этого условия, получено следующим образом. Со стороны ротора 1 на сателлит 3 действует реакция R1. Она приложена в точке O1 контакта зубьев. При благоприятном соотношении силы Р давления среды и динамических параметров машины, в кинематической паре сателлит-статор реакции возникают на двух сторонах зуба: рабочей - сила R2p и обратной - сила R2o. Точка пересечения этих сил обозначена - O2.For reliable operation of the machine, it is necessary that the stator-satellite in the kinematic pair is tightly pressed against the stator (Fig. 4). The quantitative ratio of the dynamic parameters of the machine, ensuring the fulfillment of this condition, is obtained as follows. From the side of the rotor 1, the reaction R 1 acts on the satellite 3. It is applied at the point O 1 of the contact of the teeth. With a favorable ratio of the force P of the medium pressure and the dynamic parameters of the machine, in the satellite-stator kinematic pair, reactions occur on two sides of the tooth: the labor force is R 2p and the reverse force is R 2o . The intersection point of these forces is designated - O 2 .

В проекции сил на ось O1O2 уравнение равновесия сателлита имеет вид:In the projection of forces on the O1O2 axis, the equilibrium equation of the satellite has the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где α1 и α2 - углы давления в соответствующих кинематических парах;where α 1 and α 2 - pressure angles in the corresponding kinematic pairs;

Fc - центробежная сила инерции, действующая на сателлит, a Fc' - ее проекция на ось O1O2;F c - centrifugal force of inertia acting on the satellite, and F c '- its projection on the axis O 1 O 2 ;

Fk - сила Кориолиса, действующая на сателлит в наиболее неблагоприятной фазе его движения, a Fk' - ее проекция на ось перпендикулярную О1О2;F k is the Coriolis force acting on the satellite in the most unfavorable phase of its movement, and F k 'is its projection onto the axis perpendicular to O 1 O 2 ;

Fj - сила, полученная в результате разложения на пару сил момента силF j is the force obtained as a result of the decomposition into a pair of forces of the moment of forces

инерции, действующего на сателлит, при движении сателлита с угловым ускорением.inertia acting on the satellite when the satellite moves with angular acceleration.

Приближенно считаем Fc'=Fc; Fk'=Fk, а незначительной по величине силой Fj пренебрегаем.We assume approximately F c '= F c ; F k '= F k , and negligible force F j .

Выражая инерционные силы через характерные геометрические и динамические параметры машины, приходим к выводу, что средняя центробежная сила Fc инерции, действующая на сателлит, должна составлять 0,2 от максимальной силы Р давления среды на сателлит (Fc=0.2Р).Expressing the inertial forces through the characteristic geometric and dynamic parameters of the machine, we come to the conclusion that the average centrifugal force F c of inertia acting on the satellite should be 0.2 of the maximum force P of the medium pressure on the satellite (F c = 0.2Р).

Данное соотношение является условием, при котором сателлит постоянно плотно прижат к статору, а увеличенный угол зацепления в паре сателлит-статор не лимитирует работу насоса. Из этого соотношения следует, что для надежной работы машины угловая скорость ротора должна быть не ниже значения, вычисляемого по формуле:This ratio is a condition under which the satellite is constantly tightly pressed against the stator, and the increased engagement angle in the satellite-stator pair does not limit the pump operation. From this ratio it follows that for the reliable operation of the machine, the angular speed of the rotor must not be lower than the value calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ω1 - угловая скорость ротора;where ω 1 - the angular speed of the rotor;

m - масса сателлита;m is the mass of the satellite;

p - давление среды;p is the pressure of the medium;

b - длина сателлита;b is the length of the satellite;

dc - делительный диаметр сателлита.d c - pitch diameter of the satellite.

Рассмотрим примеры. Средний радиус траектории сателлитов r0=0.1 м, материал сателлита - пластик (например, капролон ρ=1100 кг/м3). Если машина используется в качестве вакуумного насоса, то есть, максимальное давление среды составляет 1 атм, (1×105 Па), то расчетная угловая скорость ротора составит ω1=215 с-1. Если сателлит изготовлен из стали (ρ=7800 кг/м3), то для вакуумного насоса тех же размеров потребуется угловая скорость ротора ω1=82 с-1. Для компрессора, обеспечивающего давление 10 атм. (1×106 Па), с радиусом ro=0.1 м при стальных сателлитах, потребуется угловая скорость ротора ω1=260 с-1.Let's look at some examples. The average radius of the trajectory of the satellites is r 0 = 0.1 m, the material of the satellite is plastic (for example, caprolon ρ = 1100 kg / m 3 ). If the machine is used as a vacuum pump, that is, the maximum pressure of the medium is 1 atm, (1 × 10 5 Pa), then the calculated angular velocity of the rotor will be ω 1 = 215 s -1 . If the satellite is made of steel (ρ = 7800 kg / m 3 ), then for a vacuum pump of the same dimensions, the angular velocity of the rotor ω 1 = 82 s -1 is required. For a compressor providing a pressure of 10 atm. (1 × 10 6 Pa), with a radius of r o = 0.1 m with steel satellites, the angular velocity of the rotor ω 1 = 260 s -1 is required.

На фиг. 5 показана машина с числом волн 2×2. Для нее справедливы все приведенные выше параметрические условия. Однако отношение максимального и минимального объемов рабочих камер несколько меньше 6 (шести). Зато упрощается конструкция - не обязательны подшипники 10.FIG. 5 shows a machine with 2x2 waves. All the above parametric conditions are valid for it. However, the ratio of the maximum and minimum volumes of the working chambers is slightly less than 6 (six). But the design is simplified - bearings are not required 10.

Claims (21)

1. Планетарная роторная объемная машина с плавающими сателлитами, содержащая ротор, выполненный в виде некруглого колеса с внешними зубьями, статор, выполненный в виде некруглого колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие со статором и ротором круглые плавающие сателлиты, неподвижные торцовые стенки и систему каналов подвода и отвода рабочей среды, при этом центроиды ротора и статора имеют одинаковое число М участков верхнего выстоя сателлитов, являющихся окружностями максимального радиуса Rmax, столько же участков нижнего выстоя сателлитов, являющихся окружностями минимального радиуса Rmin, и расположенные между ними переходные участки, обеспечивающие плавный переход от Rmax к Rmin, отличающаяся тем, что угловая протяженность Δcos каждого переходного участка центроид равна 35…55°, а угловая протяженность каждого участка минимального радиуса ΔRmin равна угловой протяженности каждого участка максимального радиуса ΔRmax и определяется соотношением1. Planetary rotary volumetric machine with floating satellites, containing a rotor made in the form of a non-circular wheel with external teeth, a stator made in the form of a non-circular wheel with internal teeth, circular floating satellites interacting with the stator and the rotor, fixed end walls and a system of supply channels and drainage of the working medium, while the centroids of the rotor and stator have the same number M of sections of the upper stance of the satellites, which are circles of the maximum radius R max , the same number of sections of the lower stance of the satellites, which are circles of the minimum radius R min , and transition sections located between them, providing a smooth transition from R max to R min , characterized in that the angular length Δ cos of each transition section of the centroid is 35 ... 55 °, and the angular length of each section of the minimum radius Δ Rmin is equal to the angular length of each section of the maximum radius Δ Rmax and is determined by the ratio ΔRmax = ΔRmin = (180°/М) - Δcos,Δ Rmax = Δ Rmin = (180 ° / M) - Δ cos , при этом количественное соотношение геометрических и динамических параметров машины таково, что средняя центробежная сила Fc инерции, действующая на сателлит, составляет не менее 0,1 от максимальной силы Р давления среды на сателлит.the quantitative ratio of the geometric and dynamic parameters of the machine is such that the average centrifugal force F c of inertia acting on the satellite is not less than 0.1 of the maximum force P of the medium pressure on the satellite. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что центроиды ротора и статора имеют по одному участку верхнего выстоя М=1, а ротор установлен относительно статора в подшипниках качения.2. The machine according to claim. 1, characterized in that the centroids of the rotor and the stator have one section of the upper standing M = 1, and the rotor is mounted relative to the stator in rolling bearings. 3. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что сателлит изготовлен из полимерного материала, а в выполненное в нем осевое отверстие вставлен утяжеляющий его металлический, например, свинцовый, стержень.3. Machine according to claim. 2, characterized in that the satellite is made of a polymer material, and a metal weighting rod, for example, lead, is inserted into the axial hole made in it. 4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что центроиды ротора и статора имеют по два участка верхнего выстоя М=2.4. The machine according to claim 1, characterized in that the rotor and stator centroids each have two sections of the upper standing M = 2. 5. Машина по п. 4, отличающаяся тем, что сателлит изготовлен из полимерного материала, а в выполненное в нем осевое отверстие вставлен утяжеляющий его металлический, например, свинцовый, стержень.5. The machine according to claim 4, characterized in that the satellite is made of polymeric material, and a metal weighting rod, for example, lead, is inserted into the axial hole made in it. 6. Машина по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что количественное соотношение ее геометрических и динамических параметров соответствует следующим условиям:6. Machine according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the quantitative ratio of its geometric and dynamic parameters meets the following conditions: центроиды ротора и статора на переходных участках являются эквидистантами траектории движения центра сателлита по законуthe centroids of the rotor and stator in the transition sections are equidistant to the trajectory of the satellite center according to the law r2 = r0 ⋅ (1+k ⋅ cos(My ⋅ ϕ2)),r 2 = r 0 ⋅ (1 + k ⋅ cos (M y ⋅ ϕ 2 )), где r2 - мгновенный радиус центровой траектории сателлита в его движении относительно эпицикла;where r 2 is the instantaneous radius of the center trajectory of the satellite in its motion relative to the epicycle; r0 - средний радиус центровой траектории сателлита;r 0 - the average radius of the center trajectory of the satellite; ϕ2 - текущий угол поворота центра сателлита относительно статора;ϕ 2 - the current angle of rotation of the center of the satellite relative to the stator; My=3,5…5 - условное число волн на участках переменного радиуса;M y = 3.5 ... 5 - conditional number of waves in sections of variable radius; k=0,08…1,2 - коэффициент интенсивности волн,k = 0.08 ... 1.2 - wave intensity factor, а угловая скорость ω1 ротора составляетand the angular velocity ω 1 of the rotor is
Figure 00000005
Figure 00000005
 где m - масса сателлита;where m is the mass of the satellite; р - давление среды;p is the pressure of the medium; b - длина сателлита;b is the length of the satellite; dc - делительный диаметр сателлита.d c - pitch diameter of the satellite.
RU2020106688A 2020-02-13 2020-02-13 Planetary rotary volumetric machine RU2746939C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106688A RU2746939C1 (en) 2020-02-13 2020-02-13 Planetary rotary volumetric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106688A RU2746939C1 (en) 2020-02-13 2020-02-13 Planetary rotary volumetric machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746939C1 true RU2746939C1 (en) 2021-04-22

Family

ID=75584924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020106688A RU2746939C1 (en) 2020-02-13 2020-02-13 Planetary rotary volumetric machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746939C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1077244A (en) * 1992-10-26 1993-10-13 中国人民解放军第二炮兵工程学院 A kind of hydraulic motor for non-circular epicyclic train
CN103362731A (en) * 2012-06-07 2013-10-23 北京航天试验技术研究所 Valve plate of square and hexagon type non-circular gear planetary gear train hydraulic motor and hydraulic motor
RU139028U1 (en) * 2013-11-13 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" ROTARY HYDRAULIC MACHINE
RU2687189C1 (en) * 2018-02-02 2019-05-07 Глеб Юрьевич Волков Rotary hydraulic machine
RU198868U1 (en) * 2020-02-13 2020-07-30 Глеб Юрьевич Волков VACUUM PUMP

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1077244A (en) * 1992-10-26 1993-10-13 中国人民解放军第二炮兵工程学院 A kind of hydraulic motor for non-circular epicyclic train
CN103362731A (en) * 2012-06-07 2013-10-23 北京航天试验技术研究所 Valve plate of square and hexagon type non-circular gear planetary gear train hydraulic motor and hydraulic motor
RU139028U1 (en) * 2013-11-13 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" ROTARY HYDRAULIC MACHINE
RU2687189C1 (en) * 2018-02-02 2019-05-07 Глеб Юрьевич Волков Rotary hydraulic machine
RU198868U1 (en) * 2020-02-13 2020-07-30 Глеб Юрьевич Волков VACUUM PUMP

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5199862A (en) Scroll type fluid machinery with counter weight on drive bushing
US6824369B2 (en) Rotary variable expansible chamber-kinetic hybrid pump
US3560119A (en) Fluid pump or motor
CA1109037A (en) Scroll-type compressor units
US4210410A (en) Volumetric type flowmeter having circular and involute tooth shape rotors
US11608827B2 (en) Helical trochoidal rotary machines with offset
US10087758B2 (en) Rotary machine
US5704774A (en) Pump with twin cylindrical impellers
US5174737A (en) Fluid compressor with spiral blade
EP0302877A1 (en) Rotary positive displacement machine for a compressible working fluid.
RU2746939C1 (en) Planetary rotary volumetric machine
JPS6361510B2 (en)
EP1845262A2 (en) Axial flow positive displacement worm pump
EP0468605B1 (en) Scroll type fluid machinery
JPH09250463A (en) Scroll type compressor
EP2430290B1 (en) Single vane pump
US5032069A (en) Rotary position displacement pump or motor
WO2006013316A1 (en) Peristaltic pump and rotor
RU198868U1 (en) VACUUM PUMP
US6093004A (en) Pump/motor apparatus using 2-lobe stator
US6135743A (en) Rotary piston pump
JPS58106190A (en) Scroll type compressor
EP1995408B1 (en) Pumping unit for rotary vane pump
KR101807750B1 (en) Variable Volume Type Vane Pump
US20230417242A1 (en) Rotary Machines With Teardrop-Shaped Rotors