WO2010068145A2

WO2010068145A2 - Роторно-поршневая машина объёмного действия

Info

Publication number: WO2010068145A2
Application number: PCT/RU2009/000685
Authority: WO
Inventors: Андрей Викторович БРОДОВСКИЙ; Михаил Андреевич БРОДОВСКИЙ; Николай Васильевич ЛЕБЕДЕВ; Сон Тэ Ан; Влалимир Дмитриевич ДАНИЛОВ
Original assignee: Brodovsky Andrey Victorovich; Brodovsky Mikhail Andreevich; Lebedev Nikolay Vasilyevich; An Son Te; Danilov Vladimir Dmitrievich
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-06-17
Also published as: WO2010068145A3; RU2008148909A

Abstract

Предлагаемая роторно-поршневая машина объемного действия обладает повышенной ффективностью за счет увеличения рабочего объема при минимальных размерах и усовершенствования профилей внутреннего и наружного роторов.

Description

Роторно-поршневая машина объемного действия.

Область техники.

Предлагаемое изобретение относится к объемным роторным машинам, и может быть использовано в различных отраслях, например, в области гидромашиностроения для перекачки жидких сред, в частности в нефтяной и газовой промышленности для перекачки газожидкостных смесей.

Предшествующий уровень техники.

Известна роторная машина с внутренним зацеплением роторов, имеющая в цилиндрическом круглом корпусе вращающийся наружный ротор, сидящий на диске центрального вала, который продолжается с одной или с обеих сторон диска с равномерно распределенными вокруг камерами, внутренняя поверхность которых выгнута по цилиндру, радиус которого равен двойному эксцентриситету между внутренним ротором и наружным ротором.

(Патент DE JSTa 556181, 1932 г.).

Недостатками известной машины являются:

- сложность конструкции, затрудняющая сборку и разборку машины; значительная часть крутящего момента затрачивается на преодоление трения из-за того, что радиус вставок внешнего ротора параметризован и равен удвоенному эксцентриситету;

- рабочий объем мал по сравнению с габаритным объемом машины из-за параметризации радиуса вставок внешнего ротора, приравненного к удвоенному эксцентриситету, так как наилучшая компактность конструкции достигается при разном сочетании радиуса вставок внешнего ротора и эксцентриситета.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является роторно-поршневая машина с заключенным в корпусе внешним ротором с профилированными выемками и ротором с профилированными вершинами, которые контактируют внутренними гранями внешнего ротора и гранями внутреннего ротора (Патент DE Ns 3432915, по кл. FOlC 1/10, 1987 г.). В известной конструкции внешний и внутренний роторы совершают вращательное движение каждый вокруг своей неподвижной оси.

Недостатками известной конструкции являются:

- наличие в рабочих камерах паразитных объемов, находящихся между выпуклой кривой внутреннего ротора и наружным радиусом внешнего ротора, уменьшающих эффективность машины, поскольку заключенная в данных объемах рабочая среда транспортируется во всасывающую полость машины;

- необходимость заменять весь внешний ротор при износе его внутренних граней;

- наличие протяженной цилиндрической щели, сообщающейся с рабочими камерами, что вызывает значительные утечки рабочей среды.

Раскрытие сущности предлагаемого изобретения. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание конструкции роторно-поршневой машины объемного действия, обладающей повышенной эффективностью за счет увеличения рабочего объема при минимальных размерах и усовершенствования профилей внутреннего и наружного роторов. Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием роторно-поршневой машины объемного действия, включающей составной корпус, установленные в нем с эксцентриситетом внешний и внутренний роторы с профилированными поверхностями, причем отношение числа вершин внутреннего ротора к числу вершин внешнего ротора п равно

(n-l)/n, в которой, согласно изобретению, контур профилированной поверхности внешнего ротора выполнен из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей с равными радиусами, центры которых расположены на равных расстояниях от оси вращения внешнего ротора через равные углы между ними, а другие участки представляют собой огибающие кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки внутреннего ротора, а дуги окружностей являются профилирующими для внутреннего ротора, причем координаты каждой точки профилированной поверхности внутреннего ротора определяют по формулам:

где: ψ- угол поворота внутреннего ротора относительно внешнего ротора, для которого определяется координата, е- расстояние между осями вращения роторов, п- число сегментов профилирующих окружностей, и + 1 г- радиус сегментов окружностей, при чем г = k х е , где < к < 2 п

R- расстояние от оси вращения внешнего ротора до оси профилирующей окружности, при чём R = (п ~ i)χe + K, где г ≤ К ≤ 2 х г , и машина снабжена синхронизирующей передачей внутреннего зацепления, малая шестерня которой связана с внутренним ротором, а шестерня большего диаметра с внешним ротором. Предлагаемое изобретение позволяет снизить изнашивание роторов в процессе работы и увеличить ресурс машины, что улучшает ее потребительские качества.

Выполнение профилированных поверхностей внутреннего и внешнего роторов по винтовым поверхностям позволяет расположить впускное отверстие на одном торце роторов, а выпускное отверстие - на противоположном торце роторов, что гарантирует разделение трактов подвода и отвода, при этом обеспечивает надежность герметизации камер и повышает обеспечиваемый напор насоса.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность и срок службы роторно-поршневой машины объемного действия, улучшить потребительские качества.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных конструкциях роторно-поршневых машин объемного действия, т.е. предлагаемое решение, соответствует критерию «нoвизнa».

Считаем, что сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, а, следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изoбpeтaтeльcкий уровень)).

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Раскрытие графических материалов предлагаемой конструкции. Предлагаемая роторно-поршневая машина объемного действия поясняется следующим описанием и чертежами, где: на фиг.l - показан продольный разрез роторно-поршневой машины с внешним ротором, профилированная поверхность которого выполнена из четырех чередующихся участков (n=4); на фиг.2 - показан разрез A-A с фиг.1 ; на фиг.З - показан продольный разрез роторно-поршневой машины, снабженной синхронизирующей передачей внутреннего зацепления; на фиг.4 - показан разрез Б-Б с фиг.З; на фиг.5 - показан продольный разрез роторно-поршневой машины, у которой боковые рабочие поверхности внутреннего и внешнего роторов выполнены по винтовым поверхностям; на фиг.6 - показан разрез B-B с фиг.5; на фиг.7 - показан разрез Г-Г с фиг.6.

Роторно-поршневая машина объемного действия включает корпус 1 с крышкой 2, установленный в них на подшипниках (на черт не показ) вал 3 с неподвижно закрепленным на нем внутренним ротором 4 и внешний ротор 5, расположенный в корпусе 1 с эксцентриситетом е относительно оси вала 3.

В крышке 2 размещена система подвода и отвода перекачиваемой среды 6 в виде торцевых окон. Внутренний (4) и внешний (5) роторы имеют профилированные поверхности.

Контур профилированной поверхности внешнего ротора 5 .состоит из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей 7 с равными радиусами, центры которых расположены на одинаковых расстояниях от оси вращения внешнего ротора 5 через равные углы между ними, а другие участки 8 представляют собой огибающие кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки 9 внутреннего ротора 4. Дуги окружностей 7 являются профилирующими для внутреннего ротора 4.

Образование профилированных поверхностей происходит следующим образом. Предлагаемая машина имеет два (внутренний и внешний) ротора, установленные в корпусе 1 с эксцентриситетом относительно друг друга и вращающиеся в одну сторону, каждый вокруг своей оси, с отношением частот вращения (n-l)/n.

При этом внешний ротор 5 имеет п участков в виде дуг окружностей 7 (фиг.2), которые являются производящими для профиля поверхности внутреннего ротора 4. Профиль внешнего ротора 5 между участками 15 образуется профилем внутреннего ротора 4 путем его обкатывания относительно неподвижного внешнего ротора 5. Данное построение профилей внутреннего ротора 4 и внешнего ротора 5 гарантирует создание замкнутых рабочих камер 10 переменного объема.

Предлагаемая конструкция может быть снабжена синхронизирующей передачей внутреннего зацепления (фиг.З), малая шестерня И, которой связана с внутренним ротором 4, а шестерня большего диаметра 12 - с внешним ротором 5.

Профилированные рабочие поверхности 13 и 14 внутреннего и внешнего роторов могут быть выполнены по винтовым поверхностям (фиг.5 и фиг.6). Работу роторно-поршневой машины объемного действия осуществляют следующим образом.

Включением двигателя (на чертеже не показан) приводят во вращение вал 3 и жестко связанный с ним внутренний ротор 4. Профилированная поверхность внешнего ротора 5 находится в контакте с профилированной поверхностью внутреннего ротора

4 и за счет этого внешний ротор 5 вращается в ту же сторону, что и внутренний ротор 4.

В процессе работы, каждая камера 10 циклично изменяет свой объем от минимального до максимального значений и обратно.

Цикличное сообщение камер 10 с окном нагнетания 15 и с окном всасывания 16, соответственно при уменьшении и увеличении их объема обеспечивает передачу рабочей среды из тракта всасывания в тракт нагнетания. Промышленная применимость

Были изготовлены и опробованы опытные образцы предлагаемой роторно-поршневой машины объемного действия.

Пример 1. Конструкция имеет следующие параметры: прямые профили роторов, число вершин внешнего ротора - 7, внутреннего ротора - 6, перекачиваемая жидкость - промышленная вода.

Производительность - 60 м³/ч, давление нагнетания - 1,0 МПа, установленная мощность привода насоса - 22 кВт.

Пример 2. Конструкция имеет следующие параметры: прямые профили роторов, число вершин внешнего ротора - 4, внутреннего ротора - 3.

Внутренний ротор и подшипники скольжения изготовлены из термопластичного композитного материала. Перекачиваемая жидкость -промышленная вода.

Производительность - 12 м³/ч, давление нагнетания -0,6 МПа, установленная мощность привода насоса - 3 кВт.

Опробование обеих конструкций показывает, что предлагаемая полезная модель имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: - большая глубина регулирования подачи перекачиваемой среды за счет изменения частоты вращения привода, которая принципиально недостижима в центробежном насосе с одинаковыми рабочими параметрами;

- меньшие габаритные размеры и масса по сравнению с центробежным насосом при одинаковых рабочих параметрах;

- больший удельный напор, реализуемый в одной ступени насоса.

Claims

Формула изобретения.

1. Роторно-поршневая машина объемного действия, включающая составной корпус (1), установленные в нем с эксцентриситетом внешний (5) и внутренний (4) роторы с профилированными поверхностями, причем отношение числа вершин внутреннего ротора к числу вершин внешнего ротора равно (n-l)/n, отличающаяся тем, что контур профилированной поверхности внешнего ротора состоит из чередующихся участков, одними из которых являются дуги окружностей (7) с равными радиусами, центры которых расположены на одинаковых расстояниях от оси вращения внешнего ротора через равные углы между ними, а другие участки (8) представляют собой кривые, производящими для которых являются соответствующие криволинейные участки (9) внутреннего ротора, а дуги окружностей (7) являются профилирующими для внутреннего ротора, и координаты каждой точки профилированной поверхности внутреннего ротора определяют по формулам:

где ψ- У^гoл поворота внутреннего ротора относительно внешнего ротора, для которого определяется координата, е- расстояние между осями вращения роторов, п- число сегментов профилирующих окружностей,

г- радиус сегментов окружностей, при чём r = k x e , где < к < 2 п R- v расстояние от оси вращения внешнего ротора до оси профилирующей окружности, при чём R = (п - l)x e + K , где r ≤ К ≤ lх r и машина снабжена синхронизирующей передачей внутреннего зацепления, малая шестерня (11) которой связана с внутренним ротором (4), а шестерня большего диаметра (12) связана с внешним ротором (5).

2. Роторно-поршневая машина по п.l, отличающаяся тем, что боковые рабочие поверхности внутреннего (4) и внешнего (5) роторов выполнены по винтовым поверхностям.