SU1731992A1 - Объемна роторна машина - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : участки торооб- разной поверхности сопр женных по одной цилиндрической поверхности корпуса и ротора образуют торообразный рабочий цилиндр . В цилиндре размещен закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршн . В цилиндре в зоне расположени  кулачков выход т каналы подвода и отвода рабочей среды. Ротор закреплен на валу, установленном в подшипниках , В радиальных расточках ротора размещены замыкатели и виде пустотелых цилиндрических золотников с образованием в цилиндре полостей высокого и низкого давлени  и уплотнени  корпуса и ротора. Два опорных элемента закреплены в корпусе . Торцовые крышки дл  размещени  подшипников жестко св заны между собой и расположены по обе стороны опорных элементов с центральными отверсти ми. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Description

VI

GJ

Ю Ю

to

Изобретение относитс  к гидромашиностроению , компрессоростроению, двига- телестроению и может быть использовано в станкостроении, судостроении, в дорожных , горных, строительных, сельскохоз йственных машинах.

Известны аксиальные роторно-поршне- вые машины, содержащие вал, совершающий вращательное движение, и несколько поршней, совершающих возвратно-поступательное движение с помощью наклонной шайбы и других промежуточных звеньев; шатунов, карданов, совершающих сложное движение.

Работа машин с такой сложной кинематической св зью приводит к возникновению инерционных магрузок, к пульсационной подаче рабочего тела, к зависимому от положени  вала крут щему моменту, Кроме того, они имеют сложное распределение рабочего тела.

Известна объемна  роторна  машина, содержаща  корпус рабочего цилиндра и ротор с участками торообразной поверхности , образующими горообразный рабочий цилиндр, с сопр жением корпуса рабочего цилиндра и ротора по одной цилиндриче ской поверхности, поршень с участками подъема и опускани , размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршн  перпендикул рно оси вращени  ротора и с размещением профилированных частей поршн  и участков подъема-опускани  в рабочем цилиндре, с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкателем, рабочих камер высокого и низкого давлений, поршни-замыкатели цилиндрической формы , расположенные в полост х ротора перпендикул рно оси вращени  ротора, каждый со сферическим концом, запирающим рабочий цилиндр, распределительное устройство рабочего тела, включающее выполненные в поршне канал входа рабочего тела в камеру рабочего цилиндра и канал выхода рабочего тела из камеры рабочего цилиндра.

Недостатком указанной роторной машины  вл етс  консольное расположение ротора и негерметичность конструкции. При консольном расположении ротора нагрузка на подшипник, расположенный ближе к ротору , складываетс  из суммы радиального усили  в роторе и реакции втор ого подшипника . Это приводит к увеличению габаритов гидромашины. При консольном расположении ротора, дл  избежани  недопустимых прогибов вала (раскрыти  стыка между корпусом рабочего цилиндра и ротором), необходимо увеличивать диаметр вала, что

приведет к увеличению других размеров вала и в целом гидромашины. Негерметичность конструкции роторной машины не позволит ее использовать дл  оперировани  с  довитыми рабочими телами или с другими вредными рабочими телами, разлив или даже испарение которых недопустимо .

Цель изобретени  - уменьшение габа0 ритов и расширение области применени  объемной роторной машины.

Поставленна  цель достигаетс  тем. что известна  объемна  роторна  машина, содержаща  корпус рабочего цилиндра и ро5 тор с участками торообразной поверхности, образующими торообразный рабочий цилиндр , с содержанием корпуса рабочего цилиндра и ротора по одной цилиндрической поверхности, поршень с участками подъема

0 и опускани , размещенный в выемке корпуса с расположением плоскости симметрии поршн  перпендикул рно оси вращеь и  ротора и с размещением профилированных частей поршн  и участков подъема-опуска5 ни  в рабочем цилиндре, с непрерывным образованием, последовательно с каждым замыкателем, рабочих камер высокого и низкого давлени , поршни-замыкатели цилиндрической формы, расположенные в по0 лост х ротора перпендикул рно оси вращени  ротора, каждый со сферическим концом, запирающим рабочий цилиндр, распределительное устройство рабочего тела , включающее выполненные в поршне ка5 нал входа рабочего тела в камеру рабочего цилиндра и канал выхода рабочего тела из камеры рабочего цилиндра, снабжена двум  корпусами подшипников, выполн ющих функции опор и боковых крышек роторной

0 машины, прикрепленных с разных сторон к корпусу рабочего цилиндра, с расположением ротора между подшипниками, и двум  торцовыми уплотнени ми, включающими каждое подпружиненное уплотнительное

5 кольцо из м гкого антифрикционного материала со статическим уплотнением и контактирующее с ним по торцу металлическое опорное кольцо высокой твердости, кроме того, в предлагаемой машине с двух сторон

0 уплотнени  выполнены бесконтактными и . она дополнительно снабжена расположенными по окружности в полост х между ротором и боковыми крышками желобами с разной шириной в верхней и нижней поло5 винах и каналами, выполненными в крышках , продолжением которых  вл ютс  трубопроводы, сообщающиес  с герметичной емкостью, и уплотнени ми, поджимаемыми с помощью пружин или крышек кольцами.

На фиг.1 изображена предлагаема  роторна  машина, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - сечение А-А на фиг.1 (другое конструктивное исполнение); на фиг.4 - сечение Б-6 на фиг.1.

Объемна  роторна  машина содержит корпус 1 рабочего цилиндра, ротор 2, торо- образный рабочий цилиндр 3. Дл  образовани  торообразного рабочего цилиндра 3 корпус 1 и ротор 2 снабжены участками то- рообразной поверхности 4 и 5 соответственно и сопр жены между собой по цилиндрической поверхности 6. Корпус 1 рабочего цилиндра 3 снабжен расположенным в выемке корпуса 1 и прикрепленным к нему поршнем 7 с участками подъема 8 и опускани  9. Профилированные части поршн  7 участков подъема 8 и опускани  9 расположены в рабочем цилиндре 3. Ротор 2 снабжен поршн ми-замыкател ми 11 и 12, расположенными в полост х 10 ротора 2 с возможностью запирани  рабочего цилиндра 3. Продольные оси поршней-замыкателей 11 и 12 перпендикул рны оси вращени  ротора. При необходимости (малых числах оборотов ротора) каждый поршень-замыкатель подпружиниваетс  пружиной 13. Поршни-замыкатели 11 и 12 совместно с поршнем 7 образуют рабочие камеры 14 и 15, а при нахождении поршней-замыкателей 11 и 12 в положении 11 и 12 - рабочие камеры 14 и 15, а также камеры 16. Роторна  машина снабжена выполненными в поршне 7 каналом 17 входа рабочего тела низкого давлени  в рабочую камеру 15 низкого давлени  и каналом 18 выхода рабочего тела высокого давлени  из рабочей камеры 14 высокого давлени . Роторна  машина снабжена каналами 19, выполненными в роторе 2 по одному возле каждого замыкател , служащими дл  сообщени  полостей 10с камерой рабочего цилиндра. Роторна  машина снабжена двум  крышками 20, прикрепленными к корпусу 1 и  вл ющимис  одновременно опорами и корпусами подшипников. Ротор 2 при помощи шпонки 21 соединен с валом 22, установленным на подшипниках 23 в крышках 20. Роторна  машина снабжена двум  торцовыми уплотнени ми, включающими каждое подпружиненное пружинами 24 уплотнительное кольцо 25 с уплотнением 26 и опорное кольцо 27 высокой твердости. Герметичность машины может быть обеспечена бесконтактными уплотнени ми 6 с помощью желобов 28, прикрепленных к крышкам 20, каналов 29, выполненных в крышках 20, герметичной емкости (на чертежах не показана), сообщенной трубопроводами (на чертежах не показаны)с каналами 29. Герметичность машины может быть увеличена уплотнени ми 30, поджимаемыми с помощью пружин (на чертежах не показаны) или крышек 20. кольцами 31. Таким образом, на фиг.З изобрэже- 5 ны два варианта исполнени  объемной роторной машины: только с бесконтактными уплотнени ми б (права  сторона гидромашины ) и с бесконтактными уплотнени ми б в совокупности с уплотнени ми 30 (лева 

0 сторона гидромашины). Между крышками 20 и ротором 2 расположены полости 32.

Рассмотрим работу объемной роторной машины в качестве гидронасоса.

Гидронасос работает следующим обра5 зом. Рабоча  жидкость низкого давлени  через канал 17, за счет вакуума и гидростатического напора, непрерывно поступает в рабочую камеру 15 низкого давлени , одновременно рабоча  жидкость высокого дав0 лени  непрерывно вытесн етс  поочередно поршн ми-замыкател ми 11 и 12 из рабочей камеры 14 высокого давлени . При запуске насоса поршни-замыкатели 11 и 12 поджимаютс  к торообразной поверхности 4 кор5 пуса 1 или только с помощью инерционных сил (при достаточных числах оборотов ротора ), или с помощью инерционных сил и усилий пружин (при малых оборотах ротора). При работе насоса, когда по меньшей мере

0 один поршень-замыкатель перекрывает рабочий цилиндр и ротор снабжен отверсти ми 19, на поршень-замыкатель, образующий камеру высокого давлени , дополнительно будет действовать продольна 

5 сила давлени  жидкости, увеличивающа  результирующую силу прижати  поршн - замыкател  к торообразной поверхности корпуса.

Продольна  сила давлени  жидкости

0 равна:

где р - давление рабочей жидкости высокого давлени ;

5 О - диаметр рабочего цилиндра (диаметр поршней-замыкателей).

При подходе поршн -замыкател  11 к поршню на поршень-замыкатель 11 последовательно воздействует участок подъема 8,

0 поршень 7, участок опускани  9. При скольжении по участку подъема 8 поршень-замыкатель 11 приподнимаетс , при скольжении по поршню 7 находитс  в приподн том положении , при скольжении по участку опу-

5 екани  9 опускаетс , запира  рабочий цилиндр 3 с другой стороны поршн  7. Аналогичным образом и поршень-замыкатель 12 проходит поршень 7. При подъеме поршней-замыкателей 11 и 12 в рабочем цилиндре 3 освобождаетс  определенный объем, который в процессе подъема замыкателей заполн етс  таким же объемом жидкости, вытесн емой из полостей 10, при опускании поршни-замыкатели вытесн ют жидкость определенного объема из рабочего цилиндра 3, перемещающуюс  в процессе опускани  замыкателей в освобождающеес  пространство такого же объема полостей 10. Така  конструкци  насоса позвол ет получить беспульсационную подачу рабочей жидкости, так как перемещающиес  поршни-замыкатели не будут вносить возмущени  на перемещение рабочей жидкости из рабочего цилиндра к потребителю.

В предложенной объемной роторной машине ротор расположен между подшипниками , поэтому и нагрузка ротора распредел етс  на два подшипника, что позвол ет, по сравнению с консольным расположением ротора, уменьшить нагрузку на подшипник примерно в А раза. Така  конструкци  машины обеспечивает выполнение условий жесткости и прочности меньшими размерами вала, а соответственно меньшие габариты будет иметь и роторна  машина.

Применение дл  уплотнени  сопр жени  корпуса 1 рабочего цилиндра с ротором 2 торцовых уплотнений (см. фиг.2), бесконтактных уплотнений 6 или бесконтактных уплотнений 6 с уплотнени ми 30 вместе с желобами 28, каналами 29 (см. фиг.З), трубопроводами и герметичной емкостью позвол ет получить герметичные конструкции машин. Бесконтактные уплотнени  проще торцовых, но они не обеспечивают самосто тельно полной герметичности. В совокупности с уплотнени ми 30 герметичность увеличиваетс  и может быть при малых заФормула изобретени  1; Объемна  роторна  машина, содержаща  сопр женные по одной цилиндрической поверхности корпус и ротор с участками торообразной поверхности, образующими тороабразный рабочий цилиндр , размещенный в цилиндре и закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршн , выход щие в цилиндр в зоне расположени  кулачков каналы подвода и отвода рабочей среды, при этом ротор закреплен на валу, установлен- ном в подшипниках, в радиальных расточках ротора размещены замыкатели в виде цилиндрических золотников с образованием в горообразном рабочем цилиндре полостей высокого и низкого давлений и уплотнени  сопр жений корпуса и ротора, отличающа с  тем, что, с целью

зорах бесконтактных уплотнений полной. При неполной герметичности уплотнени  рабоча  жидкость просачиваетс  в полости 32, откуда она попадает в желоба 28, перемеща сь по желобам 28, поступает в каналы 29, далее по трубопроводам - в герметичную емкость. Желоб в верхней полуцилиндрической части выполнен с шириной, как можно больше перекрывающей выступающую часть ротора, что позвол ет стекающей жидкости попадать на желоб, а в нижней полуцилиндрической части - меньшей ширины , исключающей попадание стекающей жидкости на ротор.

Предлагаема  роторна  машина С торцовыми уплотнени ми, а также с бесконтактными уплотнени ми в совокупности с уплотнени ми 30 найдет применение в гидромашинах , двигател х внутреннего сгорани , компрессорах. Предлагаема  роторна  машина с бесконтактными уплотнени ми в совокупности с желобами 28. каналами 29, трубопроводами и герметичной емкостью

найдет применение в гидромашинах. Гидромашина с бесконтактными уплотнени ми проще в обслуживании, рабочее тело во многих случа х будет смазывать подшипники . В предлагаемых гидромашинах перекачиваемое рабочее тело будет охлаждать нагреваемые детали гидромашины.

Предлагаемые герметичные варианты объемных роторных машин позвол т перекачивать  довитые и другие вредные рабочие тела, что увеличит область их применени .

(56) Авторское свидетельство СССР № 1566058, кл. F01 С 1/30, 1986.

уменьшени  габаритов и снижени  утечек рабочей среды путем повышени  герметичности , машина снабжена двум  опорными

элементами, закрепленными на корпусе, с отверсти ми и торцовыми крышками дл  размещени  подшипников, жестко св занными между собой и расположенными по обе стороны элементов.

2. Машина поп. 1,отличающа с  тем, что уплотнени  сопр жений корпуса и

ротора выполнены торцовыми, каждое из них включает два взаимодействующих между собой кольца, одно из которых выполне- но из материала высокой твердости и размещено в кольцевом гнезде ротора, а другое - из м гкого антифрикционного материала , снабжено со стороны корпуса радиальным уплотнением и поджато со стороны опорных элементов пружинами.

3. Машина по п. 1,отличающа с  тем, что ротор выполнен с кольцевыми выступами , машина снабжена двум  тарельчатыми желобами, имеющими участки различной ширины, каждый желоб закреп- лен на внутренней поверхности опорных элементов с образованием с выступами ротора кольцевых полостей, имеющих в верхней части большую ширину, в нижней части опорных элементов выполнены выпускные

отверсти , сообщенные с кольцевыми полост ми и с герметичной емкостью, а уплотне- ни  сопр жений корпуса и ротора выполнены бесконтактными.

4. Машина по пп. 1 и 3, о т л и ч а ю щ а-   с   тем, что она снабжена дополнительны-. ми уплотнени ми, например фторопластовыми кольцами, поджатыми опорными элементами посредством металлических колец или пружин.

#

11

77

П

CN О) O

P

«VJCsjCV fVj

CNl

«vi

«C

7

Фиг. 3.

27

Claims (4)

1. Формула изобретения

   1.‘ Объемная роторная машина, содержащая сопряженные по одной цилиндрической поверхности корпус и ротор с участками торообразной поверхности, образующими тороабразный рабочий цилиндр, размещенный в цилиндре и закрепленный на корпусе поршень с профилированными кулачками, расположенными по обе стороны поршня, выходящие в цилиндр в зоне расположения кулачков каналы подвода и Отвода рабочей среды, при . атом ротор закреплен на валу, установленном в подшипниках, в радиальных расточках ротора размещены замыкатели в виде цилиндрических золотников с образованием s торообразном рабочем цилиндре полостей высокого и низкого давлений и уплотнения сопряжений корпуса и ротора, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов и снижения утечек рабочей среды путем повышения герметичности, машина снабжена двумя опорными элементами, закрепленными на корпусе, с отверстиями и торцовыми крышками для размещения подшипников, жестко связанными между собой и расположенными по обе стороны элементов.
2. 2. Машина поп. 1,отличающаяся тем, что уплотнения сопряжений корпуса и ротора выполнены торцовыми, каждое из них включает два взаимодействующих между собой кольца, одно из которых выполнено из материала высокой твердости и размещено в кольцевом гнезде ротора, а другое - из мягкого антифрикционного материала, снабжено со стороны корпуса радиальным уплотнением и поджато со стороны опорных элементов пружинами.
3. 3. Машина по π. 1,отличающаяся тем, что ротор выполнен с кольцевыми выступами, машина снабжена двумя тарельчатыми желобами, имеющими участки различной ширины, каждый желоб закреплен на внутренней поверхности опорных элементов с образованием с выступами ротора кольцевых полостей, имеющих в верхней части большую ширину, в нижней части опорных элементов выполнены выпускные отверстия, сообщенные с кольцевыми полостями и с герметичной емкостью, а уплотнения сопряжений корпуса и ротора выполнены бесконтактными.
4. 4. Машина по пп, 1 и 3, отличаю щ ая с я тем, что она снабжена дополнительными уплотнениями, например фторопластовыми кольцами, поджатыми опорными элементами посредством металлических колец или пружин.

   А -А

   Фиг. 2 фиг.З.