RU2767416C1 - Rotary volumetric machine - Google Patents

Rotary volumetric machine Download PDF

Info

Publication number
RU2767416C1
RU2767416C1 RU2021112381A RU2021112381A RU2767416C1 RU 2767416 C1 RU2767416 C1 RU 2767416C1 RU 2021112381 A RU2021112381 A RU 2021112381A RU 2021112381 A RU2021112381 A RU 2021112381A RU 2767416 C1 RU2767416 C1 RU 2767416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
teeth
rotor
rotors
working medium
outer rotor
Prior art date
Application number
RU2021112381A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Семёнович Распопов
Original Assignee
Сергей Семёнович Распопов
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 Сергей Семёнович Распопов filed Critical Сергей Семёнович Распопов
Priority to RU2021112381A priority Critical patent/RU2767416C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767416C1 publication Critical patent/RU2767416C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/10Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F01C1/103Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03CPOSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C2/00Rotary-piston engines
    • F03C2/08Rotary-piston engines of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08Rotary-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
    • F04C18/10Rotary-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 internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to design of rotary volumetric machines - compressors, hydraulic pumps, pneumatic motors, hydraulic motors, in which working medium moves through chambers of variable volume formed by cavity and piston. Rotary volumetric machine is made on the basis of gear pump with internal gearing with ratio of teeth numbers 1:2. Engaged teeth form variable-volume chambers with zero stray volume at displacement of working medium. Contours of bypass openings 11 along one of the working medium inlet or outlet channels are made with overlapping only those contours of interdental cavities of external rotor 2 on its end planes for any of its positions, which are closed by teeth of internal rotor 3 to form chambers of variable volume. Inner space of outer rotor 2 can be filled with working medium.
EFFECT: invention is aimed at ensuring applicability of a rotary volumetric machine for a compressible working medium, reducing friction, increasing efficiency of the machine, simplifying the design and increasing its service life.
8 cl, 5 dwg

Description

Техническое решение относится к конструкции роторных объемных машин - компрессоров, гидронасосов, пневмодвигателей, гидродвигателей, в которых происходит движение рабочей среды через камеры переменного объема, образуемые полостью и поршнем.The technical solution relates to the design of rotary volumetric machines - compressors, hydraulic pumps, pneumatic motors, hydraulic motors, in which the working medium moves through chambers of variable volume formed by a cavity and a piston.

Широко известны различные конструкции роторных объемных машин, где в корпусе между двумя параллельными стенками расположены взаимодействующие между собой внешний ротор с внутренними зубьями и расположенный к нему с эксцентриситетом внутренний ротор меньшего диаметра с внешними зубьями.Various designs of rotary volumetric machines are widely known, where in the housing between two parallel walls there are an external rotor interacting with each other with internal teeth and an internal rotor of smaller diameter with external teeth located to it with eccentricity.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, выбран патент US 3810721, где описан вариант роторной машины, содержащей корпус с цилиндрической полостью, закрытый соответствующими торцевыми стенками, с расположенными во внутреннем объеме корпуса внешним ротором с внутренними зубьями и, установленным внутри него с эксцентриситетом, внутренним ротором с внешними зубьями с возможностью вращения; соотношение диаметров начальных окружностей зубчатого зацепления внутреннего и внешнего роторов составляет 1:2; боковые поверхности зубьев внутреннего ротора, которыми они взаимодействуют с боковыми поверхностями зубьев внешнего ротора, выполнены поверхностями прямых круговых цилиндров, оси которых расположены на начальной окружности зубчатого зацепления, вершины зубьев срезаны относительно цилиндрической поверхности, а их форма не привязана к форме донной поверхности межзубных полостей внешнего ротора; межзубные полости внешнего ротора имеют донные поверхности и плоские боковые поверхности; внутреннее пространство внешнего ротора содержит центральное неподвижное тело с поверхностями скольжения вершин зубьев обоих роторов; внутренний ротор закреплен консольно на приводном валу; перепускные входное и выходное окна для рабочей среды выполнены в торцевых стенках и в регулирующей пластине, установленной в одной из боковых стенок, причем контуры перепускных окон на каналах входа и выхода рабочей среды соединяют межзубные полости внешнего ротора, закрытые зубьями внутреннего ротора с незакрытыми полостями, а перепад давления рабочей среды поддерживается центральным телом.The closest analogue adopted for the prototype is US patent 3810721, which describes a variant of a rotary machine containing a housing with a cylindrical cavity, closed by the corresponding end walls, with an external rotor with internal teeth located in the internal volume of the housing and, installed inside it with eccentricity, an internal rotor with external teeth with the possibility of rotation; the ratio of the diameters of the pitch circles of the gearing of the inner and outer rotors is 1:2; the lateral surfaces of the teeth of the inner rotor, with which they interact with the lateral surfaces of the teeth of the outer rotor, are made by the surfaces of straight circular cylinders, the axes of which are located on the initial circle of the gearing, the tops of the teeth are cut off relative to the cylindrical surface, and their shape is not tied to the shape of the bottom surface of the interdental cavities of the outer rotor; interdental cavities of the outer rotor have bottom surfaces and flat side surfaces; the inner space of the outer rotor contains a central fixed body with sliding surfaces of the tops of the teeth of both rotors; the inner rotor is cantilevered on the drive shaft; bypass inlet and outlet windows for the working medium are made in the end walls and in the control plate installed in one of the side walls, and the contours of the bypass windows on the inlet and outlet channels of the working medium connect the interdental cavities of the outer rotor, closed by the teeth of the inner rotor with unclosed cavities, and the differential pressure of the working medium is maintained by the central body.

В указанном прототипе, при видимой схожести входа зуба внутреннего ротора в межзубную полость внешнего ротора со схемой «поршень-цилиндр», контуры перепускных окон выполнены для схемы работы без сдавливания рабочей среды исключительно зубом-поршнем и соответствуют принципам построения шестеренного насоса с внутренним зацеплением, который осуществляет рабочий процесс переносом жидкости межзубными полостями с последующим частичным вытеснением жидкости из этих полостей объемом зубьев; камеры переменного объема, образованные межзубными полостями внешнего ротора, которые закрыты зубьями внутреннего ротора, открыты при этом по торцевым плоскостям и сообщаются с незакрытыми полостями. Для такой машины необходимо наличие центрального тела. Перепад давления рабочей среды поддерживается условно беззазорным скольжением вершин зубьев по центральному неподвижному телу, боковым стенкам, и беззазорным контактом в зубчатом зацеплении. Таким образом, форма вершин зубьев внутреннего ротора и форма донной поверхности полостей межзубного пространства внешнего ротора не имеют принципиального значения для работы прототипа. По такому же принципу работают и обычные шестеренные насосы с эвольвентным зацеплением. Такая машина не пригодна для сжимаемой рабочей среды ввиду наличия паразитного объема в полостях, образуемых зубьями роторов, и не может использоваться для сжатия рабочей среды. Кроме того, между внешним и внутренним роторами, как у всякого шестеренного насоса с внутренним зацеплением, возникают контактные напряжения, вызванные перепадом давления рабочей среды. Этим же перепадом давления вызываются осевые усилия на роторы от различности перепускных окон на противоположных торцах роторов, которые, в свою очередь, вызывают дополнительные силы трения роторов о торцевую стенку и регулирующую пластину. Трение в зубчатом зацеплении, трение торцами роторов с боковой стенкой и регулирующей пластиной, вершинами зубьев с центральным телом, снижает КПД и ресурс роторной машины в варианте прототипа, а центральный сердечник усложняет ее конструкцию.In the specified prototype, with the apparent similarity of the entry of the tooth of the inner rotor into the interdental cavity of the outer rotor with the “piston-cylinder” scheme, the contours of the bypass windows are made for the scheme of operation without squeezing the working medium exclusively by the piston tooth and correspond to the principles of constructing an internal gear pump, which carries out the working process by transferring fluid by interdental cavities, followed by partial displacement of fluid from these cavities by the volume of the teeth; chambers of variable volume formed by the interdental cavities of the outer rotor, which are closed by the teeth of the inner rotor, are open at the same time along the end planes and communicate with the unclosed cavities. Such a machine requires a central body. The pressure drop of the working medium is supported by a conditionally backlash-free sliding of the tops of the teeth along the central fixed body, side walls, and backlash-free contact in the gearing. Thus, the shape of the tops of the teeth of the inner rotor and the shape of the bottom surface of the cavities of the interdental space of the outer rotor are not of fundamental importance for the operation of the prototype. Conventional involute gear pumps work on the same principle. Such a machine is not suitable for a compressible working medium due to the presence of parasitic volume in the cavities formed by the teeth of the rotors, and cannot be used to compress the working medium. In addition, between the outer and inner rotors, as with any gear pump with internal gearing, there are contact stresses caused by the pressure drop of the working medium. The same pressure drop causes axial forces on the rotors from the difference in bypass windows at the opposite ends of the rotors, which, in turn, cause additional friction forces of the rotors against the end wall and the control plate. The friction in the gearing, the friction of the ends of the rotors with the side wall and the control plate, the tops of the teeth with the central body, reduces the efficiency and resource of the rotary machine in the prototype version, and the central core complicates its design.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения являются следующие: роторная объемная машина, содержащая корпус с цилиндрической полостью, закрытый соответствующими торцевыми стенками с перепускными окнами, с расположенными во внутреннем объеме корпуса внешним ротором с внутренними зубьями и, установленным внутри него с эксцентриситетом, внутренним ротором с внешними зубьями с возможностью вращения; соотношение диаметров начальных окружностей зубчатого зацепления внутреннего и внешнего роторов составляет 1:2; боковые поверхности зубьев внутреннего ротора, которыми они взаимодействуют с боковыми поверхностями зубьев внешнего ротора, являются поверхностями прямых круговых цилиндров, оси которых расположены на начальной окружности зубчатого зацепления; межзубные полости внешнего ротора имеют донные поверхности и плоские боковые поверхности; внутренний ротор закреплен на приводном валу.The common essential features of the prototype, coinciding with the essential features of the proposed technical solution, are the following: a rotary volumetric machine containing a body with a cylindrical cavity, closed by the corresponding end walls with bypass windows, with an external rotor with internal teeth located in the internal volume of the body and installed inside it with eccentricity, internal rotor with external teeth rotatable; the ratio of the diameters of the pitch circles of the gearing of the inner and outer rotors is 1:2; the lateral surfaces of the teeth of the inner rotor, with which they interact with the lateral surfaces of the teeth of the outer rotor, are the surfaces of straight circular cylinders, the axes of which are located on the pitch circle of the gearing; interdental cavities of the outer rotor have bottom surfaces and flat side surfaces; the inner rotor is fixed on the drive shaft.

Техническими проблемами, на решение которых направлено предлагаемое устройство, являются следующие: наличие паразитного объема в межзубной полости внешнего ротора, закрытой зубом внутреннего ротора, в положении «мертвой точки», когда зуб внутреннего ротора максимально погружен в эту полость, неприменимость роторной объемной машины для сжимаемой рабочей среды; высокое трение между роторами, между роторами и стенками, вызванное их силовым взаимодействием; низкий КПД машины; сложность конструкции, малый ее ресурс.The technical problems that the proposed device is aimed at solving are the following: the presence of a parasitic volume in the interdental cavity of the outer rotor, closed by the tooth of the inner rotor, in the “dead center” position, when the tooth of the inner rotor is maximally immersed in this cavity, the inapplicability of a rotary volumetric machine for compressible working environment; high friction between the rotors, between the rotors and the walls, caused by their force interaction; low efficiency of the machine; the complexity of the design, its small resource.

Для решения данных технических проблем в роторной объемной машине, содержащей корпус с цилиндрической полостью, закрытый соответствующими торцевыми стенками с перепускными окнами, с расположенными во внутреннем объеме корпуса внешним ротором с внутренними зубьями и, установленным внутри него с эксцентриситетом, внутренним ротором с внешними зубьями с возможностью вращения; соотношение диаметров начальных окружностей зубчатого зацепления внутреннего и внешнего роторов составляет 1:2; боковые поверхности зубьев внутреннего ротора, которыми они взаимодействуют с боковыми поверхностями зубьев внешнего ротора, являются поверхностями прямых круговых цилиндров, оси которых расположены на начальной окружности зубчатого зацепления; межзубные полости внешнего ротора имеют донные поверхности и плоские боковые поверхности; внутренний ротор закреплен на приводном валу, в отличие от прототипа, поверхности вершин зубьев внутреннего ротора выполнены продолжением боковых цилиндрических поверхностей зубьев (в прототипе вершины срезаны); донные поверхности межзубных полостей внешнего ротора выполнены цилиндрическими по сопряженному с цилиндрическими поверхностями зубьев внутреннего ротора радиусу с осями, расположенными на начальной окружности зубчатого зацепления внешнего ротора; внутреннее пространство внешнего ротора выполнено с возможностью заполнения рабочей средой (в прототипе внутреннее пространство внешнего ротора заполнено центральным неподвижным телом с поверхностями скольжения вершин зубьев обоих роторов), а контуры перепускных окон по одному из каналов входа или выхода рабочей среды выполнены с перекрытием только тех контуров межзубных полостей внешнего ротора на его торцевых плоскостях для любого его положения, которые закрыты зубьями внутреннего ротора с образованием камер переменного объема.To solve these technical problems in a rotary volumetric machine containing a body with a cylindrical cavity, closed by the corresponding end walls with bypass windows, with an external rotor with internal teeth located in the internal volume of the body and, installed inside it with eccentricity, an internal rotor with external teeth with the possibility rotation; the ratio of the diameters of the pitch circles of the gearing of the inner and outer rotors is 1:2; the lateral surfaces of the teeth of the inner rotor, with which they interact with the lateral surfaces of the teeth of the outer rotor, are the surfaces of straight circular cylinders, the axes of which are located on the pitch circle of the gearing; interdental cavities of the outer rotor have bottom surfaces and flat side surfaces; the inner rotor is fixed on the drive shaft, unlike the prototype, the surfaces of the tops of the teeth of the inner rotor are made as a continuation of the side cylindrical surfaces of the teeth (the tops are cut in the prototype); the bottom surfaces of the interdental cavities of the outer rotor are made cylindrical along a radius conjugated with the cylindrical surfaces of the teeth of the inner rotor with axes located on the pitch circle of the gearing of the outer rotor; the inner space of the outer rotor is made with the possibility of filling the working medium (in the prototype, the inner space of the outer rotor is filled with a central fixed body with the sliding surfaces of the tops of the teeth of both rotors), and the contours of the bypass windows along one of the channels of the inlet or outlet of the working medium are made with overlapping only those contours of the interdental cavities of the outer rotor on its end planes for any of its positions, which are closed by the teeth of the inner rotor to form chambers of variable volume.

Дополнительно, зубья внешнего ротора могут быть выполнены с максимальной высотой путем продления плоских боковых поверхностей до их пересечения с конструктивным скруглением вершин зубьев, что обеспечивает максимальное погружение зуба внутреннего ротора в межзубную полость внешнего ротора, повышает рабочий объем роторной машины.Additionally, the teeth of the outer rotor can be made with a maximum height by extending the flat side surfaces until they intersect with the constructive rounding of the tops of the teeth, which ensures maximum immersion of the tooth of the inner rotor in the interdental cavity of the outer rotor, increases the working volume of the rotary machine.

Дополнительно, контуры перепускных окон на противоположных сторонах от роторов могут быть выполнены зеркально, что дает уравновешивание сил давления рабочей среды в осевом направлении.Additionally, the contours of the bypass windows on opposite sides of the rotors can be made mirror, which balances the pressure forces of the working medium in the axial direction.

Дополнительно, внутренний и внешний роторы могут быть связаны между собой синхронизирующей зубчатой передачей, что допускает работу роторной машины без смазки в рабочей зоне.Additionally, the inner and outer rotors can be connected to each other by a synchronizing gear, which allows the operation of the rotary machine without lubrication in the working area.

Дополнительно, внутренний и внешний роторы могут быть выполнены двухопорными, что повышает надежность и ресурс (в прототипе внутренний ротор закреплен на валу консольно).Additionally, the inner and outer rotors can be made double-bearing, which increases reliability and service life (in the prototype, the inner rotor is cantilevered on the shaft).

Благодаря наличию данных отличительных признаков достигаются следующие технические результаты:Thanks to the presence of these distinctive features, the following technical results are achieved:

1. При исполнении зубьев внутреннего ротора круглоцилиндрическими, включая вершины зубьев, при соответствующем сопряженном исполнении внешнего ротора, отсутствуют паразитные объемы камер переменного объема, что важно для компрессоров и вакуумных насосов, и, вообще, применимость для сжимаемой рабочей среды. Поршневые круглые цилиндры в изготовлении технологически проще и могут быть изготовлены отдельно от ступицы внутреннего ротора со своими требованиями по свойствам поверхности трения. Исполнение перепускных окон канала впуска или канала выпуска, при котором окна открываются при любом положении роторов только для межзубных полостей внешнего ротора закрытых зубьями внутреннего ротора, принципиально меняется рабочий процесс, при котором перепад давления рабочей среды образуется только в камерах переменного объема межзубных полостей, и оказывается не нужным центральное тело.1. When the teeth of the inner rotor are round-cylindrical, including the tops of the teeth, with the corresponding mating design of the outer rotor, there are no parasitic volumes of variable volume chambers, which is important for compressors and vacuum pumps, and, in general, applicability for a compressible working medium. Piston round cylinders are technologically simpler in manufacture and can be manufactured separately from the inner rotor hub with their own requirements for the properties of the friction surface. The execution of the bypass windows of the inlet or outlet channel, in which the windows open at any position of the rotors only for the interdental cavities of the outer rotor closed by the teeth of the inner rotor, the working process fundamentally changes, in which the pressure drop of the working medium is formed only in the chambers of variable volume of the interdental cavities, and turns out to be not needed central body.

2. Крутящий момент при работе роторной машины действует только на внутренний ротор, а на внешнем роторе от давления рабочей среды крутящего момента не возникает, поэтому отсутствует силовой контакт между роторами, непосредственно связанный с перепадом давления рабочей среды, а есть только контактное усилие, вызванное, сопротивлением вращению внешнего ротора, если он выполнен свободновращающимся, от газо- или гидродинамического трения с торцевыми стенками и от трения-качения подшипников которое относительно мало.2. The torque during the operation of the rotary machine acts only on the inner rotor, and on the outer rotor no torque occurs from the pressure of the working medium, therefore there is no power contact between the rotors, which is directly related to the pressure drop of the working medium, but there is only a contact force caused by resistance to rotation of the outer rotor, if it is made freely rotating, from gas or hydrodynamic friction with the end walls and from friction-rolling bearings, which is relatively small.

3. Камеры переменного объема имеют максимально возможный рабочий объем для имеющихся габаритов роторной машины и, следовательно, дают максимальную производительность.3. Variable volume chambers have the largest possible working volume for the available dimensions of the rotary machine and, therefore, give maximum productivity.

4. Отсутствие неподвижного центрального тела (которое есть в прототипе) упрощает конструкцию, соответственно уменьшаются потери на трение скольжения. Уменьшается также трение роторов по торцевым стенкам благодаря зеркальности перепускных окон на противоположных от роторов сторонах и, по сути, сводится к газо- или гидродинамическому трению ввиду уравновешивания сил давления рабочей среды на роторы в осевом направлении. Все это повышает КПД и ресурс.4. The absence of a fixed central body (which is in the prototype) simplifies the design, respectively, the losses due to sliding friction are reduced. The friction of the rotors on the end walls is also reduced due to the mirroring of the bypass windows on the sides opposite from the rotors and, in fact, is reduced to gas or hydrodynamic friction due to the balancing of the pressure forces of the working medium on the rotors in the axial direction. All this increases efficiency and resource.

5. При работе с дополнительной синхронизирующей зубчатой передачей зубья роторов не будут иметь силового взаимодействия между собой, а для устранения зазоров зубья можно выполнить с упругой или прирабатывающейся поверхностью, или в зацеплении можно допустить некоторый зазор и смазка в зацеплении роторов не потребуется. Зазор в зубьях роторов приводит к потерям КПД, но с увеличением размеров роторной машины и скорости вращения роторов процент потерь уменьшается. Поэтому схема с дополнительной зубчатой передачей целесообразна для крупногабаритных высокоскоростных роторных машин и, в том числе, как альтернатива лопаточным турбинам, имеющая более высокий, чем у лопаточных турбин КПД и несравнимо меньшую себестоимость.5. When working with an additional synchronizing gear, the teeth of the rotors will not have force interaction with each other, and to eliminate gaps, the teeth can be made with an elastic or running-in surface, or some gap can be allowed in the mesh and lubrication in the mesh of the rotors is not required. The gap in the teeth of the rotors leads to losses in efficiency, but with an increase in the size of the rotary machine and the speed of rotation of the rotors, the percentage of losses decreases. Therefore, the scheme with an additional gear transmission is appropriate for large-sized high-speed rotary machines and, among other things, as an alternative to bladed turbines, which has a higher efficiency than that of bladed turbines and an incomparably lower cost.

6. Оба ротора могут быть выполнены двухопорными, что повышает надежность и ресурс (в прототипе внутренний ротор закреплен на валу консольно).6. Both rotors can be made double-bearing, which increases reliability and service life (in the prototype, the inner rotor is cantilevered on the shaft).

Названные выше преимущества позволяют получить высокие удельные характеристики мощности за счет высоких давлений и высоких скоростей вращения. Конструктивно и технологически роторная машина по данному изобретению предельно проста. Например, оба ротора и корпус могут изготавливаться экструзией из металла или литьем из пластмассы. Крупногабаритные роторы могут выполняться сварными и пустотелыми из листового материала. Количество деталей - минимально.The advantages mentioned above make it possible to obtain high specific power characteristics due to high pressures and high rotational speeds. Structurally and technologically, the rotary machine according to this invention is extremely simple. For example, both rotors and housing can be extruded from metal or molded from plastic. Large-sized rotors can be made welded and hollow from sheet material. The number of parts is minimal.

Предложенное техническое решение может найти применение в конструкциях жидкостных насосов и гидродвигателей, компрессоров и вакуумных насосов, пневматических, газовых и паровых роторных машинах.The proposed technical solution can be used in the design of liquid pumps and hydraulic motors, compressors and vacuum pumps, pneumatic, gas and steam rotary machines.

Имеется действующий образец заявляемой роторной машины.There is a valid sample of the proposed rotary machine.

Описанное устройство поясняется рисунками фиг. 1-5. На рисунках представлен вариант исполнения роторной машины, который реализован в опытном образце. При этом в данном варианте для уменьшения газо- или гидродинамического трения, площадь прилегания торцевых поверхностей роторов к торцевым стенкам уменьшена до контура, охватывающего контуры межзубных полостей внешнего ротора, когда эти полости закрыты зубьями внутреннего ротора, а вне этого контура роторы имеют зазор с торцевыми стенками. Уменьшение контура в данном случае реализовано в виде накладных пластин, которые являются конструктивными элементами торцевых стенок. Такой вариант технологически проще, позволяет использовать другой материал, например, с антифрикционными свойствами. Уменьшение контура может быть реализовано и в виде местных утолщений торцевых стенок, что менее технологично. Как упрощенный вариант изготовления, имеющий большее трение, торцевые стенки внешнего ротора могут быть выполнены плоскими. Крепежные детали и уплотнения на рисунках не показаны.The described device is illustrated by the drawings of Fig. 1-5. The figures show a version of the rotary machine, which is implemented in a prototype. At the same time, in this embodiment, to reduce gas- or hydrodynamic friction, the contact area of the end surfaces of the rotors to the end walls is reduced to a contour covering the contours of the interdental cavities of the outer rotor, when these cavities are closed by the teeth of the inner rotor, and outside this contour, the rotors have a gap with the end walls . The contour reduction in this case is implemented in the form of overlay plates, which are structural elements of the end walls. This option is technologically simpler and allows the use of a different material, for example, with antifriction properties. Reducing the contour can also be implemented in the form of local thickening of the end walls, which is less technologically advanced. As a simplified version of manufacturing, having more friction, the end walls of the outer rotor can be made flat. Fasteners and seals are not shown in the illustrations.

На рисунке фиг. 1 представлен разрез роторной объемной машины с условно снятой торцевой стенкой, но с оставленной накладной пластиной.In Fig. 1 shows a section of a rotary three-dimensional machine with a conditionally removed end wall, but with an overlay plate left.

На рисунках фиг. 2 и фиг. 3 представлены изображения роторной машины со снятой торцевой стенкой в двух положениях роторов с изображением только тех деталей, которые необходимы для пояснения ее работы: фиг. 2 - показывает отсутствие паразитного объема при вытеснении рабочей среды, а фиг. 3 - процессы всасывания или вытеснения рабочей среды в камерах переменного объема.In the drawings of FIG. 2 and FIG. Fig. 3 shows images of a rotary machine with the end wall removed in two positions of the rotors, showing only those details that are necessary to explain its operation: Fig. 2 shows the absence of parasitic volume when the working medium is expelled, and FIG. 3 - processes of suction or displacement of the working medium in chambers of variable volume.

На рисунке фиг. 4 представлен разрез по плоскости оси вращения роторной объемной машины. На рисунке видно, что прилегание поверхности торцевых стенок к торцевым поверхностям роторов имеется только через накладные пластины торцевых стенок, а вне пластин торцевые стенки имеют зазор с роторами.In Fig. 4 shows a section along the plane of the axis of rotation of a rotary volumetric machine. The figure shows that the surface of the end walls adjoins the end surfaces of the rotors only through the overlay plates of the end walls, and outside the plates, the end walls have a gap with the rotors.

На рисунке фиг. 5 представлен вариант роторной объемной машины с синхронизацией роторов дополнительной зубчатой передачей.In Fig. 5 shows a variant of a rotary volumetric machine with synchronization of the rotors by an additional gear.

Изображенная на фиг. 1-5 роторная объемная машина, содержит:Shown in FIG. 1-5 rotary positive displacement machine, contains:

1 - корпус с цилиндрической полостью;1 - housing with a cylindrical cavity;

2 - внешний ротор;2 - outer rotor;

3 - внутренний ротор;3 - inner rotor;

4 - торцевые стенки;4 - end walls;

5 - накладные пластины торцевых стенок, которые являются конструктивным элементом торцевых стенок и могут быть выполнены как накладными, так и слитными с торцевыми стенками. Их площадь прилегания к торцам роторов уменьшена до контура, охватывающего по одному из каналов рабочей среды, контуры межзубных полостей внешнего ротора, когда эти полости закрыты зубьями внутреннего ротора. По указанному каналу каждая межзубная полость внешнего ротора при вращении открывается с торцов перепускными окнами в накладных пластинах 12, а по другому каналу - по всей торцевой плоскости роторов вне контура накладных пластин. Накладные пластины могут быть выполнены и без уменьшения поверхности прилегания с торцами роторов.5 - patch plates of the end walls, which are a structural element of the end walls and can be made both overlaid and merged with the end walls. Their area of contact with the ends of the rotors is reduced to a contour covering, along one of the channels of the working medium, the contours of the interdental cavities of the outer rotor, when these cavities are closed by the teeth of the inner rotor. Through the specified channel, each interdental cavity of the outer rotor during rotation opens from the ends with bypass windows in the overlay plates 12, and through the other channel - along the entire end plane of the rotors outside the contour of the overlay plates. Overhead plates can be made without reducing the contact surface with the ends of the rotors.

6 - вал внутреннего ротора;6 - shaft of the inner rotor;

7 - распорное кольцо подшипников;7 - spacer ring of bearings;

8, 9 - подшипники внутреннего и внешнего роторов соответственно.8, 9 - bearings of the inner and outer rotors, respectively.

Двухопорная установка роторов на подшипниках по сравнению с консольной установкой имеет преимущество по жесткости и ресурсу роторной машины;The two-bearing installation of rotors on bearings, in comparison with the cantilever installation, has an advantage in terms of rigidity and resource of the rotary machine;

10 - крышки подшипников;10 - bearing caps;

11 - перепускные окна входа рабочей среды для режима компрессора, нагнетателя (вращение по часовой стрелке) или выхода для режима двигателя (вращение против часовой стрелки);11 - bypass windows for the input of the working medium for the compressor mode, supercharger (clockwise rotation) or output for the engine mode (counterclockwise rotation);

12 - перепускные окна в пластинах торцевых стенок для выхода рабочей среды в режиме компрессора или входа в режиме двигателя;12 - bypass windows in the plates of the end walls for the output of the working medium in the compressor mode or the input in the engine mode;

13 - камера переменного объема;13 - chamber of variable volume;

14 - скругление вершин зубьев внешнего ротора при выполнении зубьев с максимальной высотой путем продления плоских боковых поверхностей до их пересечения;14 - rounding the tops of the teeth of the outer rotor when making the teeth with a maximum height by extending the flat side surfaces until they intersect;

15 -перепускные окна для рабочей среды в торцевых стенках, образующие с перепускными окнами пластин единый элемент конструкции.15 - bypass windows for the working medium in the end walls, forming a single structural element with the bypass windows of the plates.

16 - вал дополнительной зубчатой передачи;16 - shaft of additional gearing;

17, 18, 19 - колеса дополнительной зубчатой передачи (зубчатый венец внешнего ротора невидим);17, 18, 19 - additional gear wheels (the ring gear of the outer rotor is invisible);

20 - трубопроводы для рабочей среды.20 - pipelines for the working environment.

Для лучшего понимания на фиг. 2 изображение дано без одной из накладных пластин 5, расположенной на передней в изображении торцевой плоскости роторов, роторы показаны в положении полного вытеснения рабочей среды по одной из камер переменного объема, а на фиг. 3 показано открытие отдельных камер к соответствующим каналам рабочей среды: камера, в которой происходит всасывание открывается к каналу впуска, а камера, в которой происходит вытеснение, открывается к каналу выпуска.For a better understanding, in Fig. 2 the image is given without one of the overlay plates 5 located on the front in the image of the end plane of the rotors, the rotors are shown in the position of complete displacement of the working medium through one of the chambers of variable volume, and in Fig. 3 shows the opening of individual chambers to the corresponding channels of the working medium: the chamber in which suction takes place opens towards the inlet channel, and the chamber in which displacement occurs opens towards the outlet channel.

Роторная объемная машина в режиме компрессора, или нагнетателя, или вакуумного насоса вращается по направлению стрелки «Нагнетатель» и работает следующим образом: рабочая среда, в общем случае - сжимаемая, поступает в полость, образованную роторами 2 и 3, корпусом 1, торцевыми стенками 4 через перепускные окна 11 из атмосферы или по трубопроводам из какого-либо объема. При вращении роторов 2 и 3 зубья внутреннего ротора 3 последовательно закрывают рабочую среду камерах переменного объема 13, образованных зубьями внутреннего 3 и внешнего 2 роторов, накладными пластинами 5, затем сжимают рабочую среду до задаваемой геометрией перепускных окон 12 степени сжатия (изображение фиг. 2), и вытесняют ее через перепускные окна 12 (изображение фиг. 3) и далее через перепускные окна 15 в нагнетательный канал. При прохождении зубьями внутреннего ротора 3 положения роторов с максимальным погружением зуба внутреннего ротора в межзубную полость внешнего ротора (изображение фиг. 2) - нулевого объема камеры, контур межзубной полости внешнего ротора уходит от перепускного окна 12, выходит за контур накладной пластины 5, и эта полость вновь начинает наполняться рабочей средой из полости, образованной роторами 2 и 3, корпусом 1 и торцевыми стенками 4 через торцевые плоскости роторов (изображение фиг. 3).The rotary volumetric machine in the mode of a compressor, or a supercharger, or a vacuum pump rotates in the direction of the arrow "Supercharger" and works as follows: the working medium, in the general case, compressible, enters the cavity formed by rotors 2 and 3, housing 1, end walls 4 through bypass windows 11 from the atmosphere or through pipelines from any volume. During the rotation of the rotors 2 and 3, the teeth of the inner rotor 3 sequentially close the working medium in the chambers of variable volume 13, formed by the teeth of the inner 3 and outer 2 rotors, overlay plates 5, then compress the working medium to the degree of compression specified by the geometry of the bypass windows 12 (image of Fig. 2) , and displace it through the bypass windows 12 (the image of Fig. 3) and then through the bypass windows 15 into the discharge channel. When the teeth of the inner rotor 3 pass through the position of the rotors with the maximum immersion of the tooth of the inner rotor into the interdental cavity of the outer rotor (image of Fig. 2) - zero chamber volume, the contour of the interdental cavity of the outer rotor leaves the bypass window 12, goes beyond the contour of the overlay plate 5, and this the cavity again begins to be filled with the working medium from the cavity formed by the rotors 2 and 3, the housing 1 and the end walls 4 through the end planes of the rotors (image of Fig. 3).

В режиме двигателя рабочая среда под давлением подается через перепускные окна пластин 12, расширяется в камерах 13 при вращении роторов по направлению стрелки «Двигатель» фиг. 2, и, после открытия камер, выходит через перепускные окна 11. В варианте с дополнительной зубчатой передачей для синхронизации роторов 2 и 3 рабочий крутящий момент может прикладываться к валу 16 дополнительной зубчатой передачи.In the engine mode, the working medium under pressure is supplied through the bypass windows of the plates 12, expands in the chambers 13 when the rotors rotate in the direction of the arrow "Engine" of Fig. 2 and, after opening the chambers, exits through the bypass windows 11. In the variant with an additional gear for synchronizing the rotors 2 and 3, the operating torque can be applied to the shaft 16 of the additional gear.

Claims (8)

1. Роторная объемная машина, содержащая корпус с цилиндрической полостью, закрытый соответствующими торцевыми стенками с перепускными окнами, с расположенными во внутреннем объеме корпуса внешним ротором с внутренними зубьями и установленным внутри него с эксцентриситетом внутренним ротором с внешними зубьями с возможностью вращения, соотношение диаметров начальных окружностей зубчатого зацепления внутреннего и внешнего роторов составляет 1:2, боковые поверхности зубьев внутреннего ротора, которыми они взаимодействуют с боковыми поверхностями зубьев внешнего ротора, являются поверхностями прямых круговых цилиндров, оси которых расположены на начальной окружности зубчатого зацепления, межзубные полости внешнего ротора имеют донные поверхности и плоские боковые поверхности, внутренний ротор закреплен на приводном валу, отличающаяся тем, что поверхности вершин зубьев внутреннего ротора выполнены продолжением боковых цилиндрических поверхностей зубьев, донные поверхности межзубных полостей внешнего ротора выполнены цилиндрическими по сопряженному с цилиндрическими поверхностями зубьев внутреннего ротора радиусу с осями, расположенными на начальной окружности зубчатого зацепления внешнего ротора, внутреннее пространство внешнего ротора выполнено с возможностью заполнения рабочей средой, а контуры перепускных окон по одному из каналов входа или выхода рабочей среды выполнены с перекрытием только тех контуров межзубных полостей внешнего ротора на его торцевых плоскостях для любого его положения, которые закрыты зубьями внутреннего ротора с образованием камер переменного объема.1. Rotary volumetric machine, containing a body with a cylindrical cavity, closed by the corresponding end walls with bypass windows, with an external rotor with internal teeth located in the internal volume of the body and an internal rotor with external teeth installed with eccentricity inside it with the possibility of rotation, the ratio of the diameters of the initial circles gearing of the inner and outer rotors is 1:2, the lateral surfaces of the teeth of the inner rotor, with which they interact with the lateral surfaces of the teeth of the outer rotor, are the surfaces of straight circular cylinders, the axes of which are located on the pitch circle of the gearing, the interdental cavities of the outer rotor have bottom surfaces and flat side surfaces, the inner rotor is fixed on the drive shaft, characterized in that the surfaces of the tops of the teeth of the inner rotor are made as a continuation of the side cylindrical surfaces of the teeth, the bottom surfaces of the interdental cavities of the outer rotor are made cylindrical along the radius conjugated with the cylindrical surfaces of the teeth of the inner rotor with the axes located on the initial circle of the gearing of the outer rotor, the internal space of the outer rotor is made with the possibility of filling the working medium, and the contours of the bypass windows along one of the channels for inlet or outlet of the working medium are made with overlapping only those contours of the interdental cavities of the outer rotor on its end planes for any of its positions, which are closed by the teeth of the inner rotor to form chambers of variable volume. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что зубья внешнего ротора выполнены с максимальной высотой путем продления плоских боковых поверхностей до их пересечения с конструктивным скруглением вершин зубьев для обеспечения максимального погружения зуба внутреннего ротора в межзубную полость внешнего ротора.2. The machine according to claim 1, characterized in that the teeth of the outer rotor are made with a maximum height by extending the flat side surfaces until they intersect with a constructive rounding of the tops of the teeth to ensure maximum immersion of the tooth of the inner rotor into the interdental cavity of the outer rotor. 3. Машина по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что контуры перепускных окон на противоположных сторонах от роторов выполнены зеркально.3. The machine according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the contours of the bypass windows on opposite sides of the rotors are mirrored. 4. Машина по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что внутренний и внешний роторы соединены синхронизирующей зубчатой передачей.4. Machine according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the inner and outer rotors are connected by a synchronizing gear. 5. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что внутренний и внешний роторы соединены синхронизирующей зубчатой передачей.5. The machine according to claim 3, characterized in that the inner and outer rotors are connected by a synchronizing gear. 6. Машина по любому из пп. 1, 2, 5, отличающаяся тем, что внутренний и внешний роторы выполнены двухопорными.6. Machine according to any one of paragraphs. 1, 2, 5, characterized in that the inner and outer rotors are double-supported. 7. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что внутренний и внешний роторы выполнены двухопорными.7. The machine according to claim 3, characterized in that the inner and outer rotors are double-supported. 8. Машина по п. 4, отличающаяся тем, что внутренний и внешний роторы выполнены двухопорными.8. The machine according to claim 4, characterized in that the inner and outer rotors are double-supported.
RU2021112381A 2021-04-29 2021-04-29 Rotary volumetric machine RU2767416C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112381A RU2767416C1 (en) 2021-04-29 2021-04-29 Rotary volumetric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112381A RU2767416C1 (en) 2021-04-29 2021-04-29 Rotary volumetric machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767416C1 true RU2767416C1 (en) 2022-03-17

Family

ID=80737203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021112381A RU2767416C1 (en) 2021-04-29 2021-04-29 Rotary volumetric machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767416C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810721A (en) * 1971-08-16 1974-05-14 Consulta Treuhand Gmbh Rotary piston machine with bypass regulation
RU2239724C1 (en) * 2003-04-07 2004-11-10 Григорьянц Роберт Аветисович Gear pump
RU2516754C1 (en) * 2013-02-27 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Российской Федерация Республика Башкортостан Gear pump
DE112012004434T5 (en) * 2011-10-24 2014-08-21 Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. Internal gear pump
WO2019240437A1 (en) * 2018-06-15 2019-12-19 명화공업주식회사 Oil pump

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810721A (en) * 1971-08-16 1974-05-14 Consulta Treuhand Gmbh Rotary piston machine with bypass regulation
RU2239724C1 (en) * 2003-04-07 2004-11-10 Григорьянц Роберт Аветисович Gear pump
DE112012004434T5 (en) * 2011-10-24 2014-08-21 Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. Internal gear pump
RU2516754C1 (en) * 2013-02-27 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Российской Федерация Республика Башкортостан Gear pump
WO2019240437A1 (en) * 2018-06-15 2019-12-19 명화공업주식회사 Oil pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5265705B2 (en) Rotary compressor
EP2690288A2 (en) Rotational clap suction/pressure device
US20010024618A1 (en) Adjustable-displacement gear pump
RU2184874C2 (en) Two-cylinder vane pump
US3182900A (en) Twin rotor compressor with mating external teeth
JP4823455B2 (en) Fluid machine provided with a gear and a pair of engagement gears using the gear
US3387772A (en) Rotary vacuum pump
US3870437A (en) Planetary gear pump
RU2767416C1 (en) Rotary volumetric machine
US20080050262A1 (en) Rotary pump having a valve rotor and one or more vane rotors and methods for pumping fluids
US4932850A (en) Rotary drive having inner and outer interengaging rotors
US4174195A (en) Rotary compressor and process of compressing compressible fluids
US3999904A (en) Orbital piston engine
FR2720788B1 (en) Reversible volumetric machine with rotary piston (s) without valve for use as engine fluid compressor and fluid pump.
CN112879283A (en) Triangular rotor pump
CN109519375A (en) Differential type diamond shape piston compressor
KR101073159B1 (en) Dual unequal rotational volumetric suction and discharging device
RU2468209C2 (en) Rotary engine operating on compressed medium
RU2445512C2 (en) Rotary hydraulic machine
CN214424691U (en) Triangular rotor pump
RU2304736C1 (en) Screw gear
RU2174622C2 (en) Pump
RU2199668C1 (en) Positive displacement machine
RU2229608C2 (en) Rotor-piston machine
RU44155U1 (en) VOLUME ROTARY MACHINE