SU1756636A1 - Роторна машина - Google Patents

Abstract

Использование1 в энергомашиностроении , тракторо- и автомобилестроении. Сущность изобретени : ротор эксцентрично установлен в корпусе с патрубками подвода и отвода рабочего тела. Разделительный элемент размещен с возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер. Разделительный элемент выполнен в виде пластины с роликом, закрепленным на ее конце, и контактирует с ротором. Патрубок отвода сообщен с полостью паза над пластиной с образованием дополнительной ступени сжати . Машина выполнена из углерод-углероднбго композиционного материала, армирующий каркас к-рого выполнен в виде намотанных углеродных волокон, матрица - из пироуглеро- да. 1 з.п ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к области дви- гателестроени , в именно к двигател м, компрессорам и насосам роторного типа и может быть использовано в энергомашиностроении , тракторо- и автомобилестроении, тепловозе- и судостроении, в авиации и др. област х техники.

Известно много различных конструкций роторных машин, отличающихс  режимами рабочих циклов, кинематическими особенност ми . В то же врем  все известные конструкции роторных машин имеют р д существенных недостатков, преп тствующих их широкому применению. Общими недостатками известных конструкций роторных машин и двигателей  вл ютс  плохое уплотнение границы между полост ми низкого и высокого давлени , сложность обеспечени  качественного смесеобразовани , охлаждени  и смазки. Из-за указанных недостатков роторные машины имеют меньшую экономичность, более низкую надежность по сравнению с поршневыми двигател ми и машинами.

Наиболее близким к предложенной конструкции роторной машины по совокупности существенных признаков и функциональному назначению  вл етс  роторна  машина, содержаща  корпус с патрубками подвода и отвода рабочего тела, ротор, эксцентрично установленный в корпусе, и разделительный элемент, размещенный с возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер (А.С. № 1337554, МКИ F 02 С 2/356).

Известна  конструкци  роторной машины имеет р д существенных недостатков, снижающих надежность, экономичность роторной машины: малые функцио чальные возможности, сложна  конструкци  ротора, низкий КПД из-за низкой герметичности между рабочими поверхност ми ротора, корпуса и разделительного элемента, повысл

с

ч сл о о ы о

шейное трение разделительного элемента и ротора.

Целью изобретени   вл етс  расшире ние функциональных возможностей, повышение КПД,

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в предлагаемой роторной машине ротор выполнен в виде ци линдра и помещен в цилиндрический корпус таким образом, что ось вращени  ротора смещена относительно его геометрической оси врашени . Разделительный элемент - пластина - перемещаетс  в-пазу корпуса, выполнен в виде пластины с роликом. Ролик прижимаетс  к рабочей поверхности ротора за счет сил давлени  газа в пространстве над пластиной .

В роторе устанавливаютс  графитовые уплотн ющие пластины дл  предотвращени  прорыва газа из полости нагнетани  в полость всасывани .

В предлагаемой роторной машине ротор, корпус, уплотн ющий ролик выполн ютс  из углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), армирующий каркас которого выполнен в еиде намотанных углеродных волокон, а монолитна  матрица - из пироуглерода. За счет повышенной термостойкости УУКМ отпадает потребность в принудительной системе охлаждени , высокие антифрикционные свойства УУКМ позвол ю отказатьс  от жидкостной смазки. Низкий коэффициент теплового расширени  позвол ет зазоры между движущимис  трущимис  част ми сделать минимальными, что обеспечивает высокую герметичность. Низкий удельный вес углерод-углеродного композиционного материала позвол ет уменьшить вес pomp- ной машины более чем в п ть раз.

На фиг. J, 2 показана схема роторной машины (она может работать как одно- или двухступенчатый компрессор и как компрессорна  или расширительна  секци  двк- гател ), включающа  неподвижный корпус- цилиндр 1; цилиндрический ротор 2 с уп от- н ющмми графитовыми пластинами 3, укрепленный на валу 4; пластина 5 с уплотн ющим роликом 6; корпус пластины 7; крышки 8, 9. В торцевых крышках 9 выполнены впускные 10 и выпускные отверсти  и перепускные каналы. Ротор 2 служит рабочим органом компрессора и одновременно выполн ет функции устройства газораспределени .

Работа роторной машины в компрессорном режиме осуществл етс  следующим образом, При вращении ротора он торцевыми поверхност ми перекрывает и открывает впускные 10 и выпускные 11 отверсти  и каналы Цилиндрическа  поверхность ротора контактирует с уплотн ющим роликом пластины, сжимает и вытесн ет рабочий газ При повороте по часовой стрелке

(фиг 1) открываютс  впускные отверсти  10 и порци  рабочего газа заполн ет полость между ротором, корпусом и пластиной. При втором обороте, после прохождени  уплотн ющими пластинами 3 ротора впускных отверстий , происходит сжатие и выпуск этой пориии рабочего газа в выпускное отверстие 11 и перепускной канал из полости нагнетани  через невозвратный клапан в нагнетательный коллектор. В полости всасывчни  в это врем  вновь происходит всасывание следующей порции рабочего газа. Дл  обеспечени  силы давлени  на пластину дл  прижати  ее к цилиндрической поверхности ротора с целью обеспечени 

уплотнени  между всасывающей и нагнетательной полостью (полостью высокого давлени ), последн   сообщаетс  посредством перепускного канала с полостью над пластиной Посредством выпускного отверсти 

она сообщаетс  с потребителем. Таким образом в пространстве над пластиной находитс  газ, который  вл етс  упругим элементом и прижимает пластину с уплотн ющим роликом к ротору.

Предлагаема  роторна  машина может работать как двухступенчатый компрессор следующим образом При повороте ротора 2 его торцевой поверхностью открываетс  впускное отверстие 10. 3 счет разрежени ,

образующегос  в пространстве между ротором корпусом и пластиной 5 при вращении ротора, в полость всасываетс  порци  рабочего газа.

При втором обороте в момент перекрывани  торцевой поверхностью ротора впускного отверстие 10 начинаетс  вытеснение поступившей порции рабочего газа в перепускной канал через выпускное отверстие 11. Перепускндй канал сообщает полость

нагнетани  роторной секции с полостью над пластиной - второй ступенью сжати . Второе (выходное) отверстие перепускного канала располагаетс  не ниже уровн  верхней кромки пластины в момент ее нахождени  в

крайнем нижнем положении. Оптимальное

положение выходного отверсти  перепуск ного канала по высоте зависит от требуемых

параметров сжати  газа. Таким образом,

при втором обороте ротора пластина 5 вначале перекрывает выходное отверстие перепускного канала 11 и затем открывает его, При закрытом выходном отверстии перепускного канала происходит сжатие газа в первой ступени (роторной), открытии

выходного отверсти  газ за счет перепада

давлени  поступает в пространство над пластиной и при дальнейшем повороте сжимаетс  в этом пространстве (втора  ступень компрессора). После сжати  во второй ступени газ поступает через выпускное отвер- стие к потребителю.

Дл  повышени  эффективности работы данной конструкции роторной машины как двухступенчатого компрессора необходимо примен ть известные конструкторские ре- шени  (аналогичные дл  других двух- и многоступенчатых поршневых компрессоров): применение в выпускном отверстии второй ступени и в выпускном отверстии первой ступени 11 клапанов, управл ющих процес - сом перепуска газа; применение охлаждени  сжатого газа после первой ступени (охлаждение перепускного канала либо применение охладител  вместо него).

Работа машины в режиме расширени  происходит в следующем пор дке. Через отверсти  10 поступает газ от выносной камеры сгорани , который совершает работу расширени  до открыти  выпускных отверстий . При следующем обороте порци  отра- ботавшего газа выталкиваетс  ротором в выпускные отверсти  11 Дл  создани  четырехтактного двигател  необходим,ы две соединенные секции - компрессорна  и расширительна .

Параметры процессов в роторной машине , врем  их начала и окончани  могут быть выбраны соответствующим расположением , формой, размерами ротора, впускных и выпускных отверстий и каналов.

Изложенные особенности не встречаютс  в известных роторных машинах. Таким образом, за вленна  конструкци  соответствует критери м изобретени  новизна по сравнению не только с прототипом, но и с другими техническими решени ми в области роторных машин, те сравнительный

анализ позволил вы вить в предложенной конструкции признаки, отличающие за вленное решение от известных, что позвол ет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличи .

Примером конкретного исполнени   вл етс  роторно-пластинчатый компрессор из углерод-углеродистого композиционного материала, спроектированный и изготовленный в Научно-производственном центре при Николаевском кораблестроительном институте. Диаметр ротора 120 мм, диаметр корпуса 150 мм. Компрессор показал хорошую работоспособность и надежность.

Перспективной областью применени  данной роторной мзшийы  вл етс  двигате- лестроение автомобильной и тракторной промышленности, а также компрессорост- роение дл  различных областей техники.

Claims (2)

1. Роторна  машина, содер жаща  корпус с патрубками подвода и отвода рабочего тела, ротор, эксцентрично установленный в корпусе и разделительный элемент, размещенный с возможностью контакта с ротором в пазу корпуса с образованием рабочих камер, отличающа с  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  КПД путем снижени  трени  и увеличени  давлени  нагнетани , разделительный элемент выполнен в виде пластины с роликом, закрепленным на ее конце с возможностью контакта с ротором, а патрубок отвода рабочего тела сообщен с полостью паза над пластиной с образованием дополнительной ступени сжати .

2. Машина поп. 1,отличающа с  тем, что она выполнена из углерод-углеродного композиционного материала, армирующий каркас которого выполнен в виде намотанных углеродных волокон, а матрица - из пироуглерода.

п

Фиг.1

3

9

5