WO2011115528A1 - Объёмная роторная машина - Google Patents

Объёмная роторная машина Download PDF

Info

Publication number
WO2011115528A1
WO2011115528A1 PCT/RU2011/000158 RU2011000158W WO2011115528A1 WO 2011115528 A1 WO2011115528 A1 WO 2011115528A1 RU 2011000158 W RU2011000158 W RU 2011000158W WO 2011115528 A1 WO2011115528 A1 WO 2011115528A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
separator
piston
axis
working fluid
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000158
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Владимирович ДИДИН
Илья Яковлевич ЯНОВСКИЙ
Original Assignee
Didin Alexandr Vladimirovich
Yanovskij Ilja Yakovlevich
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 Didin Alexandr Vladimirovich, Yanovskij Ilja Yakovlevich filed Critical Didin Alexandr Vladimirovich
Priority to EP11756611A priority Critical patent/EP2549058A1/en
Priority to CN2011800174436A priority patent/CN102822448A/zh
Priority to UAA201211710A priority patent/UA103725C2/ru
Priority to CA2793454A priority patent/CA2793454A1/en
Priority to US13/635,316 priority patent/US8985979B2/en
Publication of WO2011115528A1 publication Critical patent/WO2011115528A1/ru

Links

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
    • F01C3/00—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F01C3/06—Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • 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
    • F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
    • F01C11/002—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle
    • 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
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • 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
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering, namely to rotary volumetric machines that can be used as pumps, hydraulic motors, including adjustable hydraulic drives of vehicles.
  • ORM (US 2708413 E. Loewen FIG. 18), comprising a housing with a sphere-shaped working cavity, a rotor with a working surface of rotation mounted in the housing rotatably, a spacer made in the form of a flat ring mounted in the housing with the possibility of rotation about an axis, perpendicular to the axis of the rotor and dividing the working cavity into two parts, and on the working surface of the rotor two grooves are made along its geometric axis of rotation, in which it is installed with the possibility of overlapping the working cavity and rotate nyh oscillations around its geometric axis intersecting the geometric axis of the rotor on the one piston in the form of at least half of a flat ring.
  • the separator uses a sealing element in the form of a flat ring with sections of cylindrical surfaces on one side of the ring, the axis of which lies in the plane of the ring.
  • the reciprocal cylindrical platforms made on the pistons interact with them. Due to the sphere-like nature of the working cavity and the use of sealing elements, the contact surfaces between the working bodies pass along the platforms (and not along the lines), which reduces the internal flows of the working fluid.
  • ORM is not widespread. The reason is the unreliable engagement of the rotating sealing element with the piston, since all the normals of the employees for their engagement of the cylindrical platforms (especially the areas on the pistons) are directed mainly across the separator. As a result, the friction forces inhibiting the sealing element and acting along the separator, directed at an acute angle to the supporting surfaces, which creates conditions for jamming. It is not possible to increase the angular length of the cylindrical platforms on the piston and on both sealing elements so that there are normals oriented mainly along the separator because of the location of the separator between them and the need to provide the possibility of changing the angle between the piston and the separator during rotation of the rotor.
  • the disadvantage is the presence of two pairs of windows of the entrance and exit of the working fluid on the housing of each stage, as well as their small angular dimensions.
  • the latter is due to the fact that in order to maintain pressure by one stage of the ORM, the length of the windows should not exceed the thickness of the piston.
  • the disadvantage is that for mounting the SSE, its axis must be in the outer part of the separator, which leads to an increase in the thickness of its outer part and, as a result, the moment of inertia. Since there is unevenness in the rotation of the separator, an increase in its moment of inertia limits its maximum linear speed at which the ORM can operate.
  • the main SSE support working against the friction forces between the separator and the housing is located inside the outer part of the separator, while the point of load application by the frictional forces is in the separator slot, therefore the shoulder of the SSE supports is less than the load forces. As a result, the load of the friction pair axis SSE - separator increases decreasing resource.
  • the disadvantage is the presence of two pairs of windows of the input and output of the working fluid on the housing of each stage. Moreover, to connect the input / output windows to each other, it is necessary to bypass the groove of large diameter available in the cavity of the housing for installing the separator. This increases the mass and complexity of the housing, reduces the specific characteristics of the ORM. Especially if you use two steps and have to connect eight windows.
  • the disadvantage is the presence of a flat portion of the rotor passing through the slot in the sealing synchronizing element. It does not allow the channels for the working fluid to pass through the rotor, it limits the maximum working pressure and maximum torque that can be transmitted to the next hydraulically parallel stage of the ORM, which is required for obtaining an almost uniform feed.
  • Known ORM (patent RU 2376478), comprising a housing, the working surface of which is made as part of a segment of a sphere, a rotor with a working surface of rotation mounted rotatably in the housing, an annular concentric working cavity formed by the housing and the rotor, a separator made in the form of an inclined washers mounted motionlessly in the housing at an angle to the geometric axis of rotation of the rotor and dividing the working cavity into two parts, and at least one groove along its geome is made on the working surface of the rotor ternary axis of rotation, a piston is installed in the rotor with the possibility of overlapping (sealing) the working cavity and performing rotational vibrations around its geometric axis intersecting the geometric axis of the rotor, and the piston is made in the form of at least part of the disk, and each piston has at least at least one sealable slot for the passage of the separator.
  • the main support of the SSE to counter the forces created by the pressure drop in the stage and the friction forces between the SSE and the separator directed across the piston, is located inside a piston located inside the rotor, while the point of application of these forces is outside the rotor, therefore the shoulder forces of the SSE support are less than those of the load forces.
  • the maximum pressure maintained by one stage and the resource are limited by the wear resistance of the friction pair axis SSE - piston.
  • the disadvantage is the significant predominance of the area of loaded surfaces in SSE compared with unloaded.
  • This ORM is the closest analogue.
  • the objective of the invention is to provide a reliable, capable of withstanding short-term pressure overload, thermal overload, compact ORM with a large specific power and resource. This implies the need to exclude highly loaded friction pairs from the ORM design.
  • the volumetric rotary machine comprises a housing, a rotor, at least one piston, at least one separator, a sphere-shaped working cavity formed around the rotor, the entrance and exit windows of the working fluid, and at least a part the piston is mounted with the possibility of performing rotational vibrations relative to the rotor in a plane extending mainly along the axis of the rotor and at least a part of the separator is mounted for rotation around the rotor, and the piston or its part is connected articulated with a separator or part thereof.
  • the articulation of the piston with the rotary separator can be made reliable, and all parts have enough open surfaces to remove heat from friction pairs.
  • the most loaded friction pairs in analogues - SSE axes are absent in this design. Additionally, reliability is increased by eliminating small parts - SSE.
  • the objective of the invention is also achieved in that the hinged connectors on the piston and on the separator are made in the form of a combination of a cylindrical thickening and a slot with coaxial thickening concave cylindrical platforms.
  • the objective of the invention is also achieved in that the hinge connector on the piston is made in the form of an arcuate bend, and on the separator in the form of an arcuate slot.
  • hinge connector on the piston is made in the form of an arcuate slot, and on the separator in the form of an arcuate bend.
  • the objective of the invention is also achieved by the fact that inside the rotor there are channels for the working fluid leading to the other side of the separator, in order to be able to supply the working fluid to the working chambers and / or to remove the working fluid from the working chambers from only one side of the separator.
  • the objective of the invention is also achieved in that the separator is mounted with the possibility of changing the angle of its inclination to the axis of rotation of the rotor in order to regulate the flow of the machine.
  • the objective of the invention is also achieved by the fact that on the rotor there is a spherical part located concentrically in a sphere-shaped cavity, and the entrance window and the exit window are made on the spherical part on opposite sides of the piston.
  • the objective of the invention is also achieved in that the separator, in addition to the part rotating around the rotor, has a static part, which reduces the load on the rotating part.
  • the objective of the invention is also achieved in that there is an additional piston and for interacting with it, the separator consists of parts moving relative to each other.
  • Figure 1 shows a two-stage volumetric rotary machine (ORM). The near part of the body has been removed.
  • Figure 2 presents the part of the housing present in figure 1.
  • Fig. 3 a missing part of the housing is shown in Fig. 1.
  • Figure 4 presents the appearance of the ORM.
  • Figure 5 presents the rotor ORM.
  • Figure 6 presents the system of channels inside the rotor of the ORM.
  • Figure 9 shows the articulated interaction of the piston with the separator.
  • Figure 10 shows the insert in the rotor.
  • Fig presents a divider with an asymmetric hinged connector.
  • Fig presents a hardened version of the piston of Fig. 12.
  • Fig presents a separator with a connector between its two c-shaped parts passing through its hinged connector (docking rings).
  • On Fig presents a piston having a movable static part. A cutout of 1 L. was made in the moving part.
  • On Fig presents a separator having a movable static part. A cutout of 1 A is made in the moving part.
  • Fig presents the ORM node of the piston, spacer and rotary shaft for use in ORM with adjustable feed.
  • Fig presents the movable part of the separator with a protrusion for connection with the static part of the separator.
  • Fig presents the static part of the separator with a groove for connection with the movable part of the separator.
  • Fig presents a piston with a hinged connector in the form of an arcuate bend.
  • Fig presents a divider with a hinged connector in the form of an arcuate slot.
  • Fig presents a part of the housing ORM on Fig.
  • On Fig presents the ORM rotor of Fig.27 with a cutout in V * on one of the steps.
  • On Fig presents the ORM piston of Fig.27.
  • Fig presents a piston with holes and with different types of hinged connectors ORM in Fig.27.
  • Fig presents a separator with different types of hinged connectors ORM in Fig.27.
  • a sphere-shaped surface is understood to mean a surface resembling a sphere or part of a sphere, allowing small deviations from the ideal sphere, associated with manufacturing inaccuracies, the need to provide working clearances, and making seals, clearances to reduce viscous friction, etc.
  • a sphere-shaped cavity is meant a cavity in which at least one of its limiting surfaces is a sphere-shaped surface.
  • the spherical part is understood to mean a part of the part that resembles a ball or part of a ball, allowing small deviations from the ideal shape of the ball due to manufacturing inaccuracies, the need to provide working clearances, to make seals, clearances to reduce viscous friction, etc.
  • Channels will be called passages of various shapes for the working fluid, filled inside or on the surface of the part, for example, holes, grooves, cavities received by casting or in any other way, within which the working bodies do not move.
  • the area of interaction of two parts will be called one or more surface sections of one part, with a working gap from which, during operation, the surface of the second part is constantly or periodically able to be.
  • the working gap will be called the gap between the two parts, in which they have the possibility of relative movement, but at the same time there are no leaks of the working fluid through it or are within the limits acceptable for this device due to the smallness of the gap or due to the location of the seal elements in it.
  • a piston is an ORM component that separates chambers with different pressures, transmitting the main torque and energy between the rotor or rotor shaft and the working fluid.
  • the piston may consist of moving relative to each other parts.
  • Separator an ORM part that separates chambers with different pressures and does not transmit the main torque and energy between the rotor or rotor shaft and the working fluid.
  • the separator through the piston or the working fluid receives from the rotor (exchanged with the rotor) the torque necessary to compensate for the friction forces and uneven rotation.
  • the separator may consist of moving relative to each other parts.
  • the volumetric rotary machine (ORM) of FIG. 1 can be used as a pump and / or hydraulic motor. It consists of two steps 1 and 2. Steps 1 and 2 have a common housing 3 and a common rotor 4 mounted in the housing 3 with the possibility of rotation.
  • the geometric axis 5 of rotation of the rotor 4 is the axis of the ORM.
  • the piston 6 is installed with the possibility of performing rotational vibrations relative to the rotor 4 in a plane extending mainly along the axis 5 of the rotor 4, and a separator 7 is mounted with the possibility of rotation around the rotor 4.
  • a separator 7 is mounted with the possibility of rotation around the rotor 4.
  • the ORM case 3 is made of two practically (up to the fastener elements and grooves for seals), mirror-symmetric parts 8 and 9 (Fig. 3, 4).
  • the plane of the connector 10 between them passes through the axis of rotation 5 of the rotor 4.
  • In the housing 3 there are two sphere-shaped cavities 11 (one per step), the centers of which lie on the axis 5.
  • a cylindrical hole under the rotor 4 passes through the cavity 11 divide it into three sections: the middle 12, located between the cavities 11, and two extreme 13 and 14, extending beyond the cavity 11 in opposite directions.
  • each sphere-shaped cavity 11 there is a symmetrically located in it, open in it circular groove 15 of a larger external diameter than the diameter of the cavity 11. That is, it is made on the surface of the cavity 11.
  • the groove 15 is bounded by a lateral sphere-shaped surface 16 (FIGS. 2, 3), the center of which coincides with the center of the cavity 11 and two ends 17 in the form of symmetrically arranged parallel flat rings.
  • the axis of symmetry 18 (the axis of rotation of the generatrix of the groove 15) is located in this example at an angle of 25 degrees to the axis 5 and lies in the plane of the connector 10.
  • the entry window 20 has a rectangular shape with rounded corners. It has an angular length of more than 1 A revolution around axis 5 (in this example, 106 degrees).
  • the input window 20 goes into a cylindrical pipe 21 of the input of the working fluid, at the end of which there is a thread 22 (figure 4) for connecting the supply lines.
  • Sections 13 and 14 of the cylindrical bore serve as sliding bearings for the rotor 4.
  • discharge grooves 26 (Fig. 2) in the form of rectangular (in cylindrical coordinates) closed loops with rounded corners. According to the angular extent around axis 5 along the outer the boundary they are equal to the angular extent of the entrance window 20. In size along the axis 5, each contour is approximately equal to half the same size of the input window 20.
  • the grooves 26 of both circuits are connected by tubes of small diameter (not shown) running along the outer surface of the housing 3, with an exit window 23 on the second part 9 of the housing 3 (FIG. 3).
  • a coaxial axis 5 of the outlet 29 of a smaller diameter At the end 27, from the cylindrical section 13 there is a coaxial axis 5 of the outlet 29 of a smaller diameter. It has an annular groove 30 for diverting leaks from the high-pressure region to the low (inlet) pressure zone, connected by small-diameter tubes (not shown), through check valves, with an inlet window 20 and an outlet window 23. Further from the cavity 11 in the hole 29 there is an annular groove 31 for installing seals (the seals themselves are not shown). Further from the cavity 11 in the hole 29 there is an annular groove 32 for collecting leaks from the low pressure region (from the groove 30) that have passed through the seals. It is needed when operating ORM in a closed circuit with a high inlet pressure.
  • the outer surface of the housing 3 (figure 4) with an offset approximately follows the shape of its inner cavity.
  • a protrusion 35 is formed around the groove 15.
  • the manufacture of parts of the casing 3 for high pressure ORM is assumed to be by casting, followed by refinement by electrical discharge method.
  • Steps 1 and 2 of the rotor 4 are made on one cylindrical shaft. They divide it into three sections: middle 36, and two extreme 37 and 38, extending to the outside from steps 1 and 2.
  • Each step of the rotor 4 has a central spherical part 39 with a center on axis 5 and a diameter close to the diameter of the shaft. From the opposite along the axis 5 of the sides of it there are two side walls 40 made in the form of truncated cones, coaxial to the axis 5, symmetrically supported by smaller bases on the spherical part 39.
  • the side walls 40 are connected to sections 36 and 37 on stage 1 and sections 36 and 38 on stage 2 transitional sections 41 having spherical surfaces, the diameter of which is larger than the diameter of the shaft, and the centers coincide with the centers of the corresponding central spherical parts 39. Between the two side walls 40 of each stage, an annular cavity 42 open outward is obtained, the bottom of which is the surface of the spherical part 39.
  • a groove 43 passes under the piston 6.
  • the groove 43 extends to a shallow depth into the spherical part 39 in the form of an annular groove whose geometric center coincides with the center of the spherical part 39.
  • the grooves 43 touch the sections 36, 37, 38.
  • the groove 43 looks like a symmetrical through rectangular groove through the rotor 4, minus the cylinder 47 left in the spherical part 39.
  • the end surfaces 44 of the groove 43 are flat e and parallel to the axis 5.
  • the grooves 43 divide the channel 42 into two identical parts 46.
  • the stage 2 is rotated relative to the stage 1 by ⁇ of a revolution about the axis 5.
  • Two windows 51 are symmetrically relative to axis 5, and two windows 52 are symmetrically rotated by% of turn.
  • Channels 49 have a cross section in the form of a smaller part of a circle cut off by a chord with rounded corners. Based on the function of the channels 49, it would be more correct to say that each channel 49 transfers the working fluid from one side of the spherical part 39 to the opposite of it (or its center) side, and then it goes into the channel 50, leading to the windows of the entrance 20 / exit 23 of the working fluid.
  • another channel 48 is connected to them along the way (in the region of the stps or in another place) from the side opposite to the center of the spherical part 39 (also from the opposite side of the groove 43).
  • the outputs of the channels 48 have a sufficiently large angular extent (in this example, more than 90 degrees), and therefore stiffeners 53 are left in them (Fig. 5).
  • Four grooves 54 are made on the surface of sections 37 and 38 in the form of rectangular (in cylindrical coordinates) with rounded corners of closed contours having an angular length around axis 5 equal to the angular length of windows 51 or 52 and length along axis 5 equal to about half of the corresponding length windows 51 or 52.- Their position along the axis 5 coincides with the position of the grooves 26 on the housing 3, and the angular position coincides with the position of the windows 51 and 52. They serve as simulators of the windows 51 and 52 and together with the grooves 26 perform hydraulic rotor unloading 4.
  • the ends 55 and 56 of the sections 37 and 38 respectively serve as thrust bearings to limit the movements of the rotor 4 in the axial direction.
  • the manufacture of the rotor 4 is supposed to be by casting, followed by refinement by an electroerosive method.
  • holes can be made that are coaxial to the axis 5, which extend in depth to the screw-shaped channels 49. Then, separately manufactured output shafts 58 are pressed into these holes.
  • the separator 7 (Fig.7) has the shape of a body of revolution - a symmetrical ring. Conventionally, it is possible to distinguish on it the internal (that is, closest to its center, axis) part 60, and the external (that is, more distant from its center) part 61. In the figures, they are separated by a dashed-dotted circle.
  • the outer part 61 in the assembled ORM is located in the groove 15, and the inner part 60 is located in the cavity 11.
  • the axis 62 is the axis of rotation of the generatrix of the ring.
  • the Central hole 63 in the ring is limited by a sphere-shaped surface having a diameter close to the diameter of the spherical part 39 of the rotor 4, so that the separator 7 is worn on it with a minimum clearance allowing their relative rotation.
  • Outer side ring side 64 is bounded by a sphere-shaped surface concentric with the central hole 63, the diameter of which is close to the diameter of the sphere-shaped surface 16 of the housing 3.
  • the ends 66 of the separator 7 are flat.
  • the outer part 61 is used to interact with the groove 15 of the housing 3, and on the inner part 60 two coaxial hinge connectors 65 are symmetrically made.
  • the connector 65 is made in the form of a blind hole going through the surface of the hole 63 from the center of the spacer 7, the axis of which 67 lies in the plane of the spacer 7.
  • the diameter of the hole is greater than the thickness of the separator 7, therefore, the hole on the separator 7 forms a through slot 68 bounded by two cylindrical pads 69 resulting from the hole and the bottom of the hole.
  • At the end of the hole there is a local cylindrical bulge 70 aligned with it of the same diameter. Under the cylindrical bulge 70 refers to two, protruding in different directions (ends 66) of the separator 7, coaxial convex cylindrical platform.
  • the bottom of the hole is flat. It is the end face 71 of the thickening 70.
  • the other end face 73 of the cylindrical bulge 70 is a concentric hole 63 with a sphere-shaped surface extending along the boundary of the inner part 60 and the outer part 61.
  • the main meaning of the bulge 70 is that it creates cylindrical convex platforms that work as a friction pair with the piston 6.
  • the separator 7 is central symmetrical.
  • the piston 6 (Fig. 8) is made in the form of a flat ring.
  • the ends 74 of the ring are flat, the outer side 75 is bounded by a sphere-shaped surface with a diameter close to the diameter of the cavity 11 for rotation in the latter without large gaps.
  • the surface of the hole 76 of the ring is cylindrical.
  • the piston 6 can be conditionally divided into the inner (closest to the axis of the ring) part 77 and the outer (peripheral) part 78.
  • the inner part 77 does not come out of the groove 43.
  • On the outer part 78 two coaxial articulated connectors 79 are symmetrically made.
  • the connector 79 is made in the form of a blind the hole going through the lateral side 75 towards the center of the piston 6, the axis 80 of which lies in the plane of the piston 6.
  • the diameter of the hole is greater than the thickness of the piston 6, therefore, the hole on the piston 6 forms a through slot 81 bounded by two cylindrical pads 82 resulting from miles, and the bottom of the hole.
  • Thickening 83 consists of two pistons 6 projecting in opposite directions (ends 74) of coaxial cylindrical platforms, the axis of which is directed toward the center of the piston 6.
  • the flat bottom of the hole is the end face 84 of the thickening 83.
  • the other end face 87 of the cylindrical bulge 83 is a concave spherical surface concentric to the lateral side 75 extending along the boundary of the inner part 77 and the outer part 78 of the piston 6.
  • the main meaning of the bulge 83 is that it creates cylindrical convex platforms that work as a friction pair with a separator 7 Piston 6 is centrally symmetrical.
  • the thickening 83 of the piston 6 enters the slot 68 of the separator 7 (Fig. 9), and the thickening 70 of the separator 7 enters the slot 81 of the piston 6.
  • the axis 80 enters the hole 72.
  • the cylindrical pads 82 of the slot 81 of the piston 6 work as a friction pair along the cylindrical thickening 70 of the separator 7, taking on mainly the loads acting in the plane of the piston 6 perpendicular to the axis 88 of the hinge 89.
  • the cylindrical pads 69 of the slot 68 of the separator 7 work as a friction pair along the cylindrical thickening 83 of the piston 6, taking on mainly the load acting e in the plane of the separator 7 perpendicular to the axis 88 of the hinge 89.
  • the loads acting along the axis 88 of the hinge 89 are perceived by the friction pair end 84 of the bulge 83 of the piston 6 - end 71 of the bulge 70 of the separator 7. All other loads are perceived by the friction pair piston 6 - rotor 4 and housing 3 - separator 7.
  • the rotor 4 is made collapsible.
  • the insert 90 is half of the cylinder 47 with its part from the protrusion 91.
  • the section extends along a plane parallel to the ends 94 of the cylinder 47.
  • the protrusion 91 extends beyond the diameter of the cylinder 47 and its end 95 has a part of the surface of the spherical part 39.
  • the portions of the channels also enter the inserts 90. 49 passing through cylinder 47.
  • a through slot 96 (Fig. 11) is formed in the form of a combination of symmetrically located rectangle and holes.
  • the separator 7 (Fig.7) is made of two c-shaped parts, the connector 97 between which is made by the type of "protrusion in the groove”. On diametrically opposite places of one part there are protrusions 98, and on the other part of the groove 99.
  • protrusion 98 Along the contour of the protrusion 98 there is a ⁇ -shaped groove 100, and chamfers along the contour of the groove 99.
  • the protrusion 98 can move into the groove 99 in only one direction - along the axis 67 of the hinge connector 65.
  • pins 101 are installed in the holes on the border of the protrusion 98 - groove 99.
  • the thickenings 83 on the piston 6 can be transferred to one side of the piston 6, and the slots 81 to the other side of the piston 6.
  • the thickening 83 and the slots 81 on one side of the piston 6 there will be a longer thickening 83.
  • similar changes take place on the separator 7 (Fig.13).
  • a thickening 70 and a slot 68 a longer thickening 70 is performed on one side of the separator 7, and a longer slot 68 is made on the other side of the separator 7 instead of a thickening 70 and slot 68.
  • the piston 6 (Fig.14) is made in the form of a disk (and not a ring). Those. the cylinder 47 is part of the piston 6, and not the rotor 4. In this case, portions of the channels 49 also pass to the piston 6. When the piston 6 is rotated, the channels 49 partially overlap with the piston 6, but the passage area decreases in proportion to the decrease in the flow of the working fluid through them. To reduce the resistance to the working fluid, additional separate holes 102 were made on the piston 6 between the portions of the channels 49 for the passage of the working fluid passing through the channels 49. When the piston 6 is rotated, the holes 102 passing through the working fluid are replaced, but their total area does not change significantly. For greater strength piston 6 large holes on the piston corresponding to portions of the channels 49 can be replaced by a set of smaller holes 102. In the center of the piston 6, a hole 103 is made for the axis of the piston 6.
  • the separator 7 consists of two approximately identical c-shaped parts of the ring, at the ends of each of which there are cylindrical rings 104, which are parts of the bulges 70, divided between the parts of the separator 7. On one c-shaped part of the separator 7 fall parts of the bulges 70 that are distant from its center , and on the other - close to the center. The plane dividing them is parallel to the ends 71.
  • the cylindrical platform 82 on the piston 6 (Fig.16) is made on the liners 105 and enlarged in angular dimensions.
  • the cross section of the liner 105 is a union of a circle sector with a small circle symmetrically located on the side external to the circle sector. Those. the insert 105 is obtained in the form of an arc with a cylindrical protrusion coaxial to it 106 from the outside.
  • the piston 6 is first inserted into the rotor 4, then the c-shaped parts of the spacer 7 are connected around it, an axis 86 is inserted into the holes 72 of the rings 104 connecting them, and then the bushings 105 are inserted. Moreover, the axis 86, passing through two rings 104 and the hole 85 the piston 6, is pressed into only one of the rings 104 (preferably the second), or only into the hole 85 of the piston 6. The other ring 104 can rotate on the axis 86. The movable connection of the two parts of the separator 7 reduces the load on it in the weakest place - at the location hinge.
  • Axis 86 perceives centrifugal forces acting on the parts of the separator 7 so that they do not lie on the friction pair. ORM does not lose working capacity even with wear or absence of axis 86. That is, to simplify the manufacture of parts of the separator 7 may not be attached to each other, and the connector 97 between them may be performed differently.
  • inserts similar to the inserts 105 can be used. It is possible to reduce the forces exerted by the working fluid on the piston 6 and on the separator 7, as well as to increase their bearing surface by dividing the piston 6 / separator 7 into parts that are movable relative to each other.
  • a circular groove 108 is made on the surface of the hole 76 in the piston 6 (Fig. 17), which does not intersect the slots 81 of the piston 6 in diameter. From the side of the insert 90, a circular protrusion 109 formed on it enters into this groove.
  • the protrusion 109 can protrude into the working cavity 150, it can absorb part of the load attributable to the piston 6, including the torque and energy transmitted between the rotor 4 and the working fluid. Therefore, from a functional point of view, the protrusion 109 is a fixed part of the piston 6, mounted on the rotor 4. The presence of a groove 43 on the spherical part 39 of the rotor 4 is optional in other versions of the piston 6, and the presence of the protrusion 109 further reduces the need for it.
  • a circular groove PO can be made that does not intersect the slots 68 of the separator 7.
  • a ring 111 with a circular protrusion 112 on the inner surface is attached to the housing 3.
  • the protrusion 112, protruding into the working cavity 150, is located in the software groove of the separator 7 and can take part of the load of the separator 7. Therefore, from a functional point of view, the protrusion 112 and the ring 111 is a static part of the separator 7 attached to the housing 3.
  • the groove 15 on the housing 3 may be absent. Those. the static part of the separator 7 can be attached to the housing 3 with or without a groove 15.
  • the protrusion 112 Since the protrusion 112 is located in the groove of the separator 7, the load is transferred to the differential pressure due to overflows of the working fluid between the ends of the groove of the PO and the protrusion 112 or through lubrication grooves (not shown).
  • holes leading to the groove of the software can be made at the ends 66 of the movable part of the separator 7.
  • the piston 6 In order to be able to assemble the piston 6 (Fig. 17) with a circular groove 108 and an insert 90 with a circular protrusion 109, the piston 6 is made of two symmetrical parts.
  • the interface 113 extends along the plane of the piston 6 through its center. The parts are fixed to each other using rivets 114 or in any other way.
  • part of the splitter 7 (Fig. 19) is provided with a rotary shaft 115.
  • the rotary shaft 115 (Fig. 20) is made in the form of a cylinder 116 with a concave sphere-shaped hat 117. The diameter of the concave surface coincides with the diameter of the cavity 11. In the center of the cap 117 there is a blind hole 118 coaxial to the cylinder 116.
  • the static part of the separator 7 is made of two half rings 122, the connector between which passes through the cylindrical protrusions 120.
  • the half rings 122 When assembling, the half rings 122 are inserted into the groove of the separator 7, their cylindrical protrusion 120 is pressed into the bore 118 of the rotary shaft 115, tightening them together, and the mounting protrusions 121 enter the grooves 119 of the cap. Further, when installing the rotor 4 in the housing 3, the rotary shafts 115 are installed in the holes 124.
  • the rotor 4 of the machine does not fundamentally differ from the rotor 4 of FIG. 5.
  • the piston 6 (Fig. 24) is made in the form of a flat ring.
  • the ends 74 of the ring are flat, the outer side 75 is bounded by a sphere-shaped surface with a diameter close to the diameter of the cavity 11 for rotation in the latter without large gaps.
  • the surface of the hole 76 is cylindrical.
  • the piston 6 can conditionally be divided into the inner (closest to the axis of the ring) part 77 and the outer (peripheral) part 78.
  • the inner part 77 does not come out of the groove 43.
  • On the outer part 78 two coaxial swivel connectors 127 are centrally symmetrically made.
  • Connector 127 is made in the form a local arcuate bend 128 of the piston 6, the geometric axis 80 of which passes through the center of the piston 6.
  • the bend 128 passes through the entire outer part 78 of the piston 6.
  • the separator 7 (Fig.25) has the shape of a body of revolution - a symmetrical ring. Conventionally, it is possible to distinguish on it the internal (that is, closest to its center, axis) part 60, and the external (that is, more distant from its center) part 61. In the figure, they are separated by a dashed-dotted circle.
  • the outer part 61 in the assembled ORM is located in the groove 15, and the inner part 60 is located in the cavity 11.
  • the axis 62 is the axis of rotation of the generatrix of the ring.
  • the Central hole 63 in the ring is limited by a sphere-shaped surface having a diameter close to the diameter of the spherical part 39 of the rotor 4, so that the separator 7 is worn on it with a minimum clearance allowing their relative rotation.
  • the outer lateral side 64 of the ring is bounded by a sphere-shaped surface concentric with the Central hole 63, the diameter of which is close to the diameter of the sphere-shaped surface 16 of the groove 15.
  • the ends 66 of the separator 7 are flat.
  • the outer part 61 serves to interact with the groove 15 of the housing 3, and on the inner part 60 of the axis, two coaxial articulated connectors 129 are symmetrically executed.
  • the connector 129 is made in the form of a through an arcuate slot 130, the axis 67 of which passes through the center of the separator 7.
  • the slot 130 extends from the hole 63 to the outer part 61.
  • the slot 130 is limited on one side by a concave cylindrical platform 69, similar to the platform 69 of the separator 7 of FIG. 7, on the other hand by a sector ( part) of a cylinder 131 with an angular size of 300 degrees in this example.
  • the diameter of the sector of the cylinder 131 can be not only less than or equal to, but also greater than the thickness of the separator 7. That is, in this place there may be a thickening of the separator 7.
  • a friction pair, a concave cylindrical platform 69 — the outer side of the bend 128 of the piston 6 is similar to a friction pair — the platform 69 — a thickening 70. Therefore, liners 105 can be used to increase the bearing area at the sites 69.
  • one or both of the bends 128 can be made on the separator 7, and one or two slots 130 on the piston 6.
  • the hinged connector 79/65 on the piston 6 and / or on the separator 7 can be used in other OPM configurations with a sphere-shaped working cavity 11, increasing their reliability.
  • OPM the ORM with the passage of the working fluid along the rotor 4 along the axis 5 of the rotor 4 (Fig.27).
  • two steps 1 and 2 were used to show how the steps fit together. In their place can be any number of steps.
  • Case 3 (FIG. 28) of the ORM is in many ways similar to the case of ORM of FIG. Differences are in the inlet and outlet of the working fluid.
  • the body 3 of the ORM is made of two practically (accurate to the fasteners, grooves for seals and nozzles for supply 21 and outlet 24 of the working fluid), mirror-symmetric parts 8 and 9 (Fig. 29). Part 8 is not shown because of its similarity to part 9.
  • the plane of the connector 10 between them passes through the axis of rotation 5 of the rotor 4.
  • In the housing 3 there are two sphere-shaped cavities 11 (one per step), the centers of which lie on axis 5. Coaxial to axis 5 through cavity 11 passes a cylindrical hole under the rotor 4.
  • Cavity 11 divide it into three sections: the middle 12, located between the cavities 11, and two extreme 13 and 14, extending beyond the cavity 11 in opposite directions.
  • each sphere-shaped cavity 11 there is a symmetrically located in it, an annular groove 15 open therein of a larger external diameter than the diameter of the cavity 11. That is, it is made on the surface of the cavity 11.
  • the groove 15 is limited a sphere-shaped surface 16, the center of which coincides with the center of the cavity 11 and two ends 17 in the form of symmetrically arranged parallel flat rings.
  • the axis of symmetry 18 (the axis of rotation of the generatrix of the groove 15) of the groove 15 is located in this example at an angle of 25 degrees to the axis 5 and lies in the plane of the connector 10.
  • annular groove 132 for supplying a working fluid to the rotor.
  • nozzle 21 of the input of the working fluid leading to the groove 132.
  • annular groove 133 for withdrawing from the rotor of the working fluid.
  • nozzle 24 of the outlet of the working fluid leading to the groove 133.
  • thread for connecting the discharge lines is provided.
  • the outer ends 27 and 28 of sections 13 and 14 respectively serve as thrust bearings to limit the movements of the rotor 4 in the axial direction.
  • the steps 1 and 2 of the rotor 4 are made on one cylindrical shaft. They divide it into three sections: middle 36, and two extreme 37 and 38, extending to the outside from steps 1 and 2.
  • Each step of the rotor 4 has a central spherical part 39 with a center on axis 5 and a diameter close to the diameter of the shaft.
  • the side walls 40 are connected to sections 36 and 37 on stage 1 and sections 36 and 38 on stage 2, transitional sections 41 having spherical surfaces whose diameter is larger than the diameter of the shaft, and the centers coincide with the centers of the corresponding central spherical parts 39. Between the two side walls 40 of each stage, an outward facial cavity 42, the bottom of which is the surface of the spherical part 39. On one side of the rotor 4, along the axis 5 through the side walls 40, transition sections 41 and the spherical part 39 passes a groove 43 under the piston 6. The groove 43 enters the spherical part 39 further than its center. For ease of execution, the grooves 43 touch sections 36, 37, 38.
  • the end surfaces 44 of the groove 43 are flat and parallel to the axis 5. At the points where the groove 43 exits to the side walls 40, there are recesses 45 on the surface of the walls 40 on one side of the groove 43.
  • the groove 43 is in one spot crosses channel 42.
  • two straight channels 134 are made for the passage of the working fluid. Their sections look like part of a circle (slightly less than half), cut off by a chord. Its corners are rounded.
  • partitions 135 are alternately left in channels 134. That is, in one channel 134, a partition 135 is left in front of the first stage 1, in the second - before the second stage 2, etc. After the last stage in the next channel 134, a partition 135 is also installed.
  • the groove 43 passes along the wall 136 separating the channels 134.
  • window 137 On one side of the groove 43, on the surface of the spherical part 39, there is an entry window 137 for the working fluid leading to the channel 134, not blocked by a partition 135 in front of this stage.
  • Window 137 is similar to an isosceles trapezoid with rounded corners (on a sphere), oriented with a large base to groove 43 and adjacent to it.
  • an exit window 138 is formed through the surface of the spherical portion 39, leading to another channel 134, blocked by a partition 135 at the entrance to this stage.
  • one channel 134 connects the exit window 138 of one stage 1 with the entrance window 137 of the next stage 2.
  • the hole 139 is used to set the axis of the piston 6.
  • At the extreme section 13 there are holes 140 that connect the non-blocked channel 134 with the groove 132. Similar holes 140 in the extreme section 14 connect there baffled channel 134 with the groove 133.
  • the piston 6 (Fig. 30) is a part of the piston 6 of Fig. 24 with one hinged connector 79, but without a hole 76.
  • the piston 6 is made in the form of a symmetrical part of the disk with a flat (except for the hinge connector 127) ends 74.
  • this part of the disk comprises a sector of 70 degrees and a cylinder with a diameter slightly smaller than the diameter of the spherical part 39. It is bounded by a sphere-shaped side 75, whose diameter is close to the diameter of the cavity 11, a concentric portion of the cylindrical surface 141 and two flat areas connecting them.
  • the hinge connector 127 passes through the outer part 78 of the piston 6. It is made in the form local arcuate bend 128 of the piston 6, the geometric axis 80 of which passes through the axis of rotational vibrations of the piston 6. In the local section of the bend 128 there is a sector of the ring. In this example, its angular dimensions: 250 degrees along the inner arc and 130 degrees along the outer arc. In the piston 6 there is an opening 143, coaxial to the axis of rotational vibrations of the piston 6 for mounting a physical axis therein.
  • the spacer 7 (FIG. 31) is similar to the spacer 7 of FIG. 25, except that it has only one hinge connector 129.
  • the piston 6 (Fig. 32) in this ORM can be implemented as a whole disk, like the piston 6 of Fig. 24. To do this, the groove 43 is through.
  • the second connector 129 on the piston 6, for convenience of installation in the rotor 4, is preferably made in the form of an arcuate slot 130 with a sector of the cylinder 131, and the second connector 129 on the divider 7 (Fig. 3Z) in the form of an arcuate bend 128.
  • This arrangement of connectors 127, 129 makes this ORM more airtight, because the pressure drop is on the side of the piston 6 without holes 142 and on the opposite side of the separator 7, where the connectors 127 are not containing slots 130.
  • the part of the piston 6 added in comparison with FIG. 30 should not interfere with the working fluid when it passes through the working cavity, therefore, openings 142 are made in its part protruding into the working cavity.
  • the passage of the working fluid from stage to stage is carried out through channels 134 running inside the rotor 4.
  • the ORM can consist of more stages.
  • the channels 134 of sufficient cross-section running inside the rotor 4 in an ORM of this type have been made possible due to the small thickness of the piston 6, which is possible when using the separator 7, at least one part of which rotates.
  • the ORM can pump the working fluid towards each other.
  • the grooves 132 and 133 are transferred from sections 13 and 14 to section 12 (not shown).
  • the nozzles 21 and 24 can be located on one part 8 or 9, or on different.
  • the channels 134 leading to them go along the axis 5 to section 12, and not to sections 13/14.
  • a feed close to uniform in one step in one cavity 11
  • several pistons 6 can be installed in one step (Fig. 34).
  • the casing 3 (Fig. 35) is more conveniently divided into centrally symmetric parts 8 and 9 by planes 10 extending along the ends 17 of the groove 15.
  • a flange 33 in the form of a ring with holes 34 for connecting parts 8 and 9 of the pin -bolts.
  • a spacer 145 appears in the form of a flat ring with a continuation of the holes 34 between parts 8 and 9.
  • the lateral side 16 of the groove 15 passes to the spacer 145 as the surface of its hole.
  • the rotor 4 (Fig.36) is made on one cylindrical shaft.
  • the rotor 4 has a central spherical part 39 centered on the axis 5 and with a diameter close to the diameter of the shaft.
  • the side walls 40 are connected to sections 37 and 38 of the cylindrical shaft by transition sections 41 having spherical surfaces, the diameter of which is larger than the diameter of the shaft, and the centers coincide with the center of the spherical part 39.
  • annular cavity 42 open to the outside is obtained, the bottom of which is the surface of the spherical part 39.
  • transition sections 41, along the spherical part 39 there are two symmetrical c-shaped through rotated 180 degrees in its plane and on the Ul of revolution relative to the axis 5 of the groove 43 for the pistons 6.
  • Groove 43 comes into shallow depth in the spherical part 39 in the form of an annular groove, the geometric center of which coincides with the center of the spherical part 39, the truncated cone of one of the side walls 40 passes through, slightly touches the truncated cone of the other side wall 40 (for installation piston lips 6).
  • the end surfaces 44 of the groove 43 are flat and parallel to the axis 5.
  • Each groove 43 divides the side wall 40 into two identical parts, through which the channels 48 for the working fluid passing along the surface of the rotor 4 pass through the surface of the side walls 40 and transition surfaces 41
  • the outputs of the channels 48 to one of the surfaces 41 will be called windows 51, and to the other surface 41 - windows 52.
  • Windows 51 and 52 have an angular length around axis 5 of less than 1 A revolution and are approximately equal to the sizes of windows 20 and 23 on the housing 3. Symmetrically relative but the axis 5 has two windows 51, and with a turn of 1 A revolution, two windows 52 are symmetrically located.
  • the ends 55 and 56 of the sections 37 and 38 respectively serve as thrust bearings to limit the movements of the rotor 4 in the axial direction.
  • the piston 6 (Fig.37) is made in the form of a part (somewhat more than half) of a flat ring.
  • the ends 74 of the ring are flat, the outer side 75 is bounded by a sphere-shaped surface with a diameter close to the diameter of the cavity 11 for rotation in the latter without large gaps.
  • the surface of the hole 76 of the ring is cylindrical.
  • the piston 6 can conditionally be divided into the inner (closest to the axis of the ring) part 77 and the outer (peripheral) part 78.
  • the inner part 77 does not come out of the groove 43.
  • On the outer part 78 two coaxial articulated connectors 129. are made symmetrically.
  • the connector 129 is made in the form of a through an arc-shaped slot 130, the axis 67 of which passes through the center (axis of rotational vibrations) of the piston 6.
  • the slot 130 extends from the inner part 77 to the lateral side 75.
  • the slot 130 is bounded on one side by a concave cylindrical area 69 of a similar area 69 the separator 7 in Fig.7, on the other hand, a sector (part) of the cylinder 131 with an angular size of 300 degrees in this example.
  • the diameter of the sector of the cylinder 131 in this example is equal to the thickness of the piston 6.
  • chamfers 147 are made at the corners of the surface of the hole 76 (ring sector).
  • the separator 7 (Fig.38) has the shape of a body of revolution - a symmetrical ring. Conventionally, it is possible to distinguish on it the internal (that is, closest to its center, axis) part 60, and the external (that is, more distant from its center) part 61. In the figure, they are separated by a dashed-dotted circle.
  • the outer part 61 in the assembled ORM is located in the groove 15, and the inner part 60 is located in the cavity 11.
  • the axis 62 is the axis of rotation of the generatrix of the ring.
  • the central hole 63 in the ring is bounded by a sphere-shaped surface having a diameter close to the diameter of the spherical part 39 of the rotor 4, so that the separator 7 is worn on it with a minimum clearance allowing their relative rotation.
  • the outer lateral side 64 of the ring is bounded by a sphere-shaped surface concentric with the Central hole 63, the diameter of which is close to the diameter of the sphere-shaped surface 16 of the groove 15.
  • the ends 66 of the separator 7 are flat.
  • the outer part 61 serves to interact with the groove 15 of the housing 3, and on the inner part 60 of the axis two coaxial hinge connectors 127 are symmetrically made.
  • the connector 127 is made in the form of a local arcuate bend 128 of the spacer 7, the geometric axis 80 of which passes through the center of the spacer 7. Bend 128 passes through the entire inner part 60 of the separator 7. On the local section of the bend 128 there is a sector of the ring. In this example, its angular dimensions: 250 degrees along the inner arc and 130 degrees along the outer arc. Symmetrically about the axis of the hinge connector 127, two through grooves 148 are made through the entire inner part 60 of the separator 7. The groove 148 is bounded by a sphere-shaped surface with a concentric hole 63 and two flat almost radial platforms. The grooves 148 are used to install in them movable relative to the main separator 7 parts 146 of the separator.
  • the movable part 146 of the separator (Fig. 39) has the shape of a small sector of the ring.
  • Axis 62 is the axis of rotation of its generatrix.
  • the central hole 63 in the ring is bounded by a sphere-shaped surface having a diameter close to the diameter the spherical portion 39 of the rotor 4.
  • the outer lateral side 64 of the ring sector is bounded by a sphere-shaped surface concentric with the Central hole 63, the diameter of which is close to the diameter of the sphere-shaped cavity 11.
  • the ends 66 are flat.
  • the hinge connector 127 is symmetrically made in the form of a local arcuate bend 128, the geometric axis of which 80 passes through the center of the part 146.
  • the thickness of the part 146 is greater than the thickness of the separator 7.
  • the grooves 149 allow rotation of the movable part 146 of the separator relative to the main separator 7 by a small angle ( ⁇ 3 degrees in this example) around the axis 42 to compensate for the change in the angle between the axes 80 of the different pistons 6 during rotation of the rotor 4.
  • an additional separator 7 (as in FIG. 38) installed in the same or in an additional groove 15 can be used.
  • part 146 will not fulfill the described role of the separator and can be called, following the terminology of the analogues, a sealing force element (U SE).
  • U SE sealing force element
  • the machine of FIG. 34 is similar in principle to the machine of FIG. 1, therefore, similarly to the machine of FIG. 27, it can be made adjustable by changing the angle of the separator 7.
  • the two types of connectors shown 127 - 129 and 65 - 79 are in most cases interchangeable and can be used in all of the above machines.
  • the shape of the outer side 64 and the side surface 16 of the groove 15 need not be sphere-shaped. They may take the form of another surface of revolution, for example, cylindrical or not be a surface of revolution, because there can be a sufficiently large gap (voids) between them, excluding their interaction. This extends the manufacturing capabilities of the groove 15.
  • the separator 7 is installed in the desired position in the cavity 11 due to the interaction with the spherical part 39 of the rotor 4. The presence of a gap between them makes it easier to manufacture.
  • the spherical transition surface 41 on the rotor 4 can be replaced by any other surface of revolution, or it can disappear due to an increase in the diameter of sections 36, 37, 38.
  • the side walls 40 may have a cylindrical surface that is a continuation of the surface of the shaft sections 36, 37, 38. That is, geometrically (visually) two elements can disappear - the side walls 40 and the transition surface 41.
  • all fixed connectors 97, 113 can be replaced by one-piece, for example, welded joints.
  • the machine of figure 1 as a pump operates as follows.
  • an annular working cavity 143 is obtained, which the separator 7 divides into two parts 144 of variable cross section.
  • the piston 6 divides each part 144 into two working chambers 145 and 146.
  • the rotation of the piston 6 with the rotor 4 through the hinge 89 between the piston 6 and the separator 7 rotates the separator 7.
  • the working chambers 145 , 146 change their volume.
  • chambers 145 Two located centrally symmetrical with respect to the spherical part 39 chambers 145 increase their volume, while two other centrally symmetric chambers 146 decrease their volume.
  • Chambers 145/146 located on the other side of section 36 of the separator 7 due to screw channels 49 inside the spherical part 39, together with cameras 145/146 located on the side of section 36, channels 50 are connected to windows 51 and 52 located on section 36 of rotor 4 between the steps 1 and 2.
  • an entrance window 20 and an axis 23 of the working fluid exit is located symmetrically to it relative to the axis of rotation of the rotor 4.
  • the separator 5 experiences a symmetrical load from the side of the working fluid on its inner part 60, which its external part 61 transfers to the ends 17 of the groove 15. Since the direction of this force is perpendicular to the speed of the separator 7, it does not transfer torque and energy between the rotor 4 and the working body.
  • the piston 6 experiences a periodically centrally symmetrical load from the side of the working fluid to its external part 78, which it transfers to the ends 44 of the groove 43. Through the piston 6, energy and torque are transferred between the rotor 4 and the working fluid.
  • the piston 6 through the hinge 89 transfers to the separator 7 a part of the energy of the rotor 4 to compensate for the friction forces acting on the separator 7 (mainly in the groove 15).
  • inertial forces act on it, proportional to the integral of the masses of the piston 6, multiplied by the square of their distance to the axis 86 along the plane of the piston 6. They are transmitted through the platforms 82 to the bulges 70 of the separator 7, t. e. through the hinge between the piston 6 and the separator 7.
  • Pads 82 and pads 69 are almost perpendicular to the forces transmitted through them.
  • the rotor 4 is balanced by the radial forces acting on it from the side of the working fluid.
  • the uncompensated torque is significantly weakened due to the distance between sections 37 and 38, which play the role of bearings.
  • FIGS. 19-21 operates in a similar manner to the machine of FIG. 1.
  • she has the opportunity to change her feed from the maximum one way to the same feed in the opposite direction with constant rotation of the rotor 4. This happens when the external control device rotates the rotary shafts of both steps in the angle range (for this example) from -25 degrees up to +25 degrees around 125 axes.
  • the machine of FIG. 27 as a pump operates as follows.
  • an annular working cavity 150 is obtained, which the separator 7 divides into two parts 151 of variable cross section. At its narrowest point, the cross section is zero.
  • Those. part 151 is c-shaped (not closed).
  • the piston 6 divides each part 144 into two working chambers 145 and 146.
  • the rotation of the piston 6 with the rotor 4 through the hinge 89 between the piston 6 and the separator 7 causes the separator 7 to rotate. But the rotation of the separator 7 does not move parts 151 relative to the housing 3.
  • Channels 134 pass the working fluid between the exit window 138 of one stage 1 and the entrance window 137 of the other stage 2, or between the inlet pipe 21 / outlet 24 of the machine through the holes 140 and the inlet window 20 of stage 1 / the exit window 23 of stage 2.
  • the feed of the machine is almost uniform .
  • the separator 5 experiences a periodic pulsating load moving from the side of the working fluid on its inner part 60, which its outer part 61 transfers to the ends 17 of the groove 15. Since the direction of this force is perpendicular to the speed of the separator 7, it does not transfer torque and energy between the rotor 4 and working fluid. An exception is the step differential pressure acting on the cross section of the separator 7, which pushes the separator 7 in the direction of its rotation.
  • the piston 6 experiences a periodically centrally symmetrical load from the side of the working fluid to its external part 78, which it transfers to the ends 44 of the groove 43. Through the piston 6, energy and torque are transferred between the rotor 4 and the working fluid.
  • the piston 6 through the hinge 89 transfers to the separator 7 a part of the energy of the rotor 4 to compensate for the friction forces acting on the separator 7 (mainly in the groove 15).
  • the machine of FIG. 34 operates as a pump in a similar manner with the machine of FIG.
  • an annular working cavity 150 is obtained, which the separator 7 together with the movable parts 146 of the separator divides into two parts 151 of variable cross section.
  • Each piston 6 divides each part 151 into two working chambers 152 and 153.
  • the rotation of the piston 6 with the rotor 4 through the hinge 89 between the piston 6 and the separator 7 rotates the separator 7.
  • the rotation of the other piston 6 with the rotor 4 through the hinges 89 between the piston 6 and the movable parts 146 of the separator causes the latter to rotate.
  • the chamber 151 With an increase in the volume of the chamber 151, it is connected by a channel 48 to the entrance window 20 of the working fluid, and from the inlet pipe 21 through the windows 20 and 51/52, the working fluid enters it. With a decrease in the volume of chamber 152, it is connected by channel 48 to the exit window 23 of the working fluid, and the working fluid exits from it into the outlet pipe 24 through windows 23 and 51 / 52.
  • cameras 151/152 reach the minimum or maximum volume, they are switched over with windows 20 , 23. The process is repeated for other chambers 152 / 153. Due to the phase shift between the pairs of chambers 152/153, the supply of ORM is close to uniform.
  • the windows of the inlet 20 and the outlet 23 are connected with the working chambers 152, 153 through channels 48 made in the rotor 4, i.e. windows 20 and 23 do not directly exit into the working cavity 150. This makes it possible to maintain the working pressure in one step over the entire cycle of the machine (over the entire revolution of the rotor 4).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Motors (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

В объемной роторной машине со сферической рабочей полостью, образованной между шарообразной частью ротора и сферообразной поверхностью корпуса, между поршнем, установленным с возможностью вращательных колебаний относительно ротора в плоскости проходящей вдоль оси вращения ротора, и ротором, установленным с возможностью вращения вокруг шарообразной части ротора, вьшолнено шарнирное соединение. Данное решение позволило повысить надежность, ресурс и термостойкость машин такого типа. Дополнительно, внутри шарообразной части ротора выполнены винтовые каналы для связи между собой симметричных рабочих камер и каналы внутри ротора для сообщения рабочих камер с окнами входа и выхода рабочего тела. Данное решение позволило повысить удельную мощность машины.

Description

Объёмная роторная машина.
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретения относятся к области машиностроения, именно к роторным объёмным машинам, которые могут быть использованы в качестве насосов, гидромоторов, в том числе регулируемых гидроприводов транспортных средств.
Уровень техники.
Известна ОРМ (US 2708413 E.Loewen фиг.18), содержащая корпус со сферообразной рабочей полостью, ротор с рабочей поверхностью вращения, установленный в корпусе с возможностью вращения, разделитель, выполненный в виде плоского кольца, установленный в корпусе с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной оси ротора и разбивающий рабочую полость на две части, причём на рабочей поверхности ротора выполнены два паза вдоль его геометрической оси вращения, в которых установлено с возможностью перекрытия рабочей полости и совершения вращательных колебаний вокруг своей геометрической оси, пересекающей геометрическую ось ротора по одному поршню в виде менее половины плоского кольца. Для взаимодействия поршней с разделителем используется уплотнительный элемент в виде плоского кольца с участками цилиндрических поверхностей на одной из сторон кольца, ось которых лежит в плоскости кольца. С ними взаимодействуют ответные цилиндрические площадки, выполненные на поршнях. Благодаря сферообразности рабочей полости и использованию уплотнительных элементов, контактные поверхности между рабочими органами проходят по площадкам (а не по линиям), что снижает внутренние перетоки рабочего тела.
Однако, ОРМ не получила распространения. Причиной является ненадежное зацепление вращающегося уплотнительного элемента с поршнем, поскольку все нормали служащих для их зацепления цилиндрических площадок (особенно площадок на поршнях) направлены преимущественно поперек разделителя. В результате, силы трения, тормозящие уплотнительный элемент и действующие вдоль разделителя, направлены под острым углом к опорным поверхностям, что создает условия для заклинивания. Увеличить угловую протяженность цилиндрических площадок на поршне и на обоих уплотнительных элементах так, что бы к ним имелись нормали, ориентированные преимущественно вдоль разделителя, не представляется возможным из-за расположения разделителя между ними и необходимости обеспечить возможность изменения угла между поршнем и разделителем при вращении ротора.
Недостатком так же является наличие двух пар окон входа и выхода рабочего тела на корпусе каждой ступени, а так же их небольшие угловые размеры. Последнее связано тем, что для поддержания давления одной ступенью ОРМ протяженность окон не должна превышать толщины поршня.
Известна ОРМ (патент RU 2202695) содержащая статор, рабочие камеры, ротор, установленный с возможностью вращения, разделитель установленный с возможностью вращения, причем геометрические оси вращения ротора и разделителя пересекаются под острым углом, окна входа и окна выхода рабочего тела, а разделитель находится в зацеплении с ротором через уплотняющий синхронизирующий элемент, имеющий сквозную щель, через которую проходит ротор.
Недостатком является то, что для крепления УСЭ, его ось должна находиться во внешней части разделителя, что ведет к увеличению толщины его внешней части и, как следствие, момента инерции. Поскольку во вращении разделителя присутствует неравномерность, увеличение его момента инерции ограничивает его максимальную линейную скорость, при которой может работать ОРМ. Кроме того, основная опора УСЭ работающая против сил трения между разделителем и корпусом располагается внутри внешней части разделителя, в то время как точка приложения нагрузки силами трения находится в прорези разделителя, поэтому у сил опоры УСЭ плечо меньше чем у сил нагрузки. Как следствие, нагрузка пары трения ось УСЭ - разделитель увеличивается уменьшая ресурс. Недостатком также является существенное преобладание у УСЭ площадей нагруженных поверхностей по сравнению с ненагруженными. Это затрудняет теплоотвод и делает УСЭ самой уязвимой деталью ОРМ при работе с жидкостью вблизи точки кипения или при временных перебоях с жидкостью (например, «сухой» пуск, газовые пробки в потоке рабочего тела).
Недостатком так же является наличие двух пар окон входа и выхода рабочего тела на корпусе каждой ступени. Причем для соединения окон входа / выхода друг с другом, требуется обходить паз большого диаметра, имеюш йся в полости корпуса для установки разделителя. Это увеличивает массу и сложность корпуса, снижает удельные характеристики ОРМ. Особенно, если используется две ступени и соединять приходится восемь окон. Недостатком, так же является наличие плоского участка ротора, проходящего через щель в уплотняющем синхронизирующем элементе, Он не позволяет провести каналы для рабочего тела через ротор, ограничивает максимальное рабочее давление и максимальный крутящий момент который можно передавать на следующую гидравлически параллельную ступень ОРМ, которая требуется для получения практически равномерной подачи.
Известна ОРМ (патент RU 2376478), содержащая корпус, рабочая поверхность которого выполнена в виде части сегмента сферы, ротор с рабочей поверхностью вращения, установленный в корпусе с возможностью вращения, кольцевую концентрическую рабочую полость, образованную корпусом и ротором, разделитель, выполненный в виде наклонной шайбы, установленный неподвижно в корпусе под углом к геометрической оси вращения ротора и разбивающий рабочую полость на две части, причём на рабочей поверхности ротора выполнен, по меньшей мере, один паз вдоль его геометрической оси вращения, в роторе установлен поршень с возможностью перекрытия (уплотнения) рабочей полости и совершения вращательных колебаний вокруг своей геометрической оси пересекающей геометрическую ось ротора, причем поршень выполнен в виде, по меньшей мере, части диска, а в каждом поршне имеется, по меньшей мере, одна уплотняемая прорезь для прохода разделителя.
При использовании уплотнительного синхронизирующего элемента (УСЭ), ось вращательных колебаний которого проходит через ось поршня и ось ротора, данная ОРМ имеет надежную синхронизацию и границы раздела областей с разными давлениями по площадкам, что снижает внутренние перетоки. Пары трения в ОРМ так же взаимодействуют по площадкам, что снижает их нагрузку и увеличивает ресурс. Другие виды УСЭ не обеспечивают этих преимуществ. Однако, для крепления УСЭ, его ось должна проходить через поршень, что ведет к увеличению его толщины и, как следствие, момента инерции. Последнее ограничивает максимальную линейную скорость поршня, при которой может работать ОРМ. Кроме того, основная опора УСЭ, для противодействия силам создаваемым перепадом давления в ступени и силам трения между УСЭ и разделителем направленным поперек поршня, располагается внутри части поршня расположенной внутри ротора, в то время как точка приложения этих сил находится за пределами ротора, поэтому у сил опоры УСЭ плечо меньше, чем у сил нагрузки. Как следствие, максимальное давление, выдерживаемое одной ступенью и ресурс ограничены износостойкостью пары трения ось УСЭ - поршень. Недостатком также является существенное преобладание у УСЭ площадей нагруженных поверхностей по сравнению с ненагруженными. Это затрудняет теплоотвод и делает УСЭ самой уязвимой деталью ОРМ при работе с жидкостью вблизи точки кипения или при временных перебоях с жидкостью (например, «сухой» пуск, газовые пробки в потоке рабочего тела). Недостатком является и наличие двух пар окон входа и выхода рабочего тела на корпусе каждой ступени, которые нужно соединять каналами в обход рабочей полости.
Данная ОРМ является ближайшим аналогом.
Задачей изобретения является создание надежной, способной выдерживать кратковременные перегрузки давлением, тепловые перегрузки, компактной ОРМ с большой удельной мощностью и ресурсом. Из этого вытекает необходимость исключения высоконагруженных пар трения из конструкции ОРМ.
ОРМ, удовлетворяющую перечисленным условиям, удалось создать на основе ОРМ со сферообразной рабочей полостью.
Задача изобретения достигается тем, что объемная роторная машина содержит корпус, ротор, по меньшей мере, один поршень, по меньшей мере, один разделитель, сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора, окна входа и выхода рабочего тела, причем, по меньшей мере, часть поршня установлена с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора в плоскости, проходящей преимущественно вдоль оси ротора и, по меньшей мере, часть разделителя установлена с возможностью вращения вокруг ротора, а поршень или его часть связан шарнирно с разделителем или его частью.
Шарнирное соединение поршня с вращающимся разделителем можно выполнить надежным, и у всех деталей имеется достаточно открытых поверхностей для отвода тепла от пар трения. Самые нагруженные в аналогах пары трения - оси УСЭ в этой конструкции отсутствуют. Дополнительно, надежность увеличена за счет исключения мелких деталей - УСЭ. Задача изобретения также достигается тем, что шарнирные разъемы на поршне и на разделителе выполнены в виде сочетания цилиндрического утолщения и прорези с соосными утолщению вогнутыми цилиндрическими площадками.
Задача изобретения также достигается тем, что шарнирный разъем на поршне выполнен в виде дугообразного изгиба, а на разделителе в виде дугообразной прорези.
Задача изобретения также достигается тем, что шарнирный разъем на поршне выполнен в виде дугообразной прорези, а на разделителе в виде дугообразного изгиба.
Задача изобретения также достигается тем, что внутри ротора выполнены каналы для рабочего тела, ведущие на другую сторону разделителя, для возможности выполнения подвода рабочего тела к рабочим камерам и / или отвода рабочего тела от рабочих камер только с одной стороны разделителя.
Задача изобретения также достигается тем, что разделитель установлен с возможностью изменения угла своего наклона к оси вращения ротора с целью регулирования подачи машины.
Задача изобретения также достигается тем, что на роторе имеется шарообразная часть расположенная концентрично в сферообразной полости, а окно входа и окно выхода выполнены на шарообразной части по разные стороны от поршня.
Задача изобретения также достигается тем, что разделитель кроме вращающейся вокруг ротора части имеет статическую часть, понижающую нагрузку на вращающуюся часть.
Задача изобретения также достигается тем, что имеется дополнительный поршень и для взаимодействия с ним разделитель состоит из подвижных друг относительно друга частей.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
Все фигуры содержат виды в изометрии.
На фиг.1 представлена двухступенчатая объёмная роторная машина (ОРМ). Снята ближняя часть корпуса.
На фиг.2 представлена присутствующая на фиг.1 часть корпуса.
На фиг.З представлена отсутствующая на фиг.1 часть корпуса.
На фиг.4 представлен внешний вид ОРМ.
На фиг.5 представлен ротор ОРМ. На фиг.6 представлена система каналов внутри ротора ОРМ.
На фиг.7 представлен разделитель.
На фиг.8 представлен поршень.
На фиг.9 представлено шарнирное взаимодействие поршня с разделителем.
На фиг.10 представлены вставки в ротор.
На фиг.11 представлено ротор с вырезом в >.
На фиг.12 представлен поршень с несимметричным шарнирным разъемом.
На фиг.13 представлен разделитель с несимметричным шарнирным разъемом. На фиг.14 представлен упрочненный вариант поршня по фиг.12.
На фиг.15 представлен разделитель с разъемом между его двумя с-образными частями проходящим по его шарнирному разъему (стыковка кольцами).
На фиг.16 представлен поршень с вкладышами.
На фиг.17 представлен поршень, имеющий подвижную статическую части. В подвижной части сделан вырез в 1Л.
На фиг.18 представлен разделитель, имеющий подвижную статическую части. В подвижной части сделан вырез в 1А.
На фиг.19 представлен узел ОРМ из поршня, разделителя и поворотного вала для использования в ОРМ с регулируемой подачей.
На фиг.20 представлен поворотный вал.
На фиг.21 представлена часть корпуса ОРМ с регулируемой подачей.
На фиг.22 представлена подвижная часть разделителя с выступом для соединения со статической частью разделителя.
На фиг.23 представлен статическая часть разделителя с пазом для соединения с подвижной частью разделителя.
На фиг.24 представлен поршень с шарнирным разъемом в виде дугообразного изгиба.
На фиг.25 представлен разделитель с шарнирным разъемом в виде дугообразной прорези.
На фиг.26 представлено шарнирное взаимодействие поршня по фиг.24 и разделителя По фиг.25.
На фиг.27 представлена ОРМ с подачей рабочего тела вдоль ротора по каналам внутри ротора.
На фиг.28 представлена часть корпуса ОРМ по фиг.27. На фиг.29 представлен ротор ОРМ по фиг.27 с вырезом в V* на одной из ступеней. На фиг.30 представлен поршень ОРМ по фиг.27.
На фиг.31 представлен разделитель ОРМ по фиг.27.
На фиг.32 представлен поршень с отверстиями и с разнотипными шарнирными разъемами ОРМ по фиг.27.
На фиг.33 представлен разделитель с разнотипными шарнирными разъемами ОРМ по фиг.27.
На фиг.34 представлена ОРМ с равномерной подачей в одной ступени.
На фиг.35 представлена часть корпуса ОРМ по фиг.34.
На фиг.36 представлен ротор ОРМ по фиг.34.
На фиг.37 представлен поршень ОРМ по фиг.34.
На фиг.38 представлена основная часть разделителя ОРМ по фиг.34.
На фиг.39 представлена подвижная относительно основной части часть разделителя ОРМ по фиг.34.
На фиг.40 представлено взаимодействие поршней, основной и подвижных относительно нее частей разделителя ОРМ по фиг.34.
Описание наилучшего образца.
Для облегчения описания введем следующие определения.
Под сферообразной поверхностью понимается похожая на сферу или часть сферы поверхность, допускающая небольшие отклонения от идеальной сферы, связанные с неточностью изготовления, необходимостью обеспечения рабочих зазоров, с выполнением уплотнений, зазоров для уменьшения вязкостного трения и т.п.
Под сферообразной полостью понимается полость, у которой, по меньшей мере, одной из ограничивающих ее поверхностей является сферообразной поверхностью.
Под шарообразной частью понимается часть детали, похожая на шар или часть шара, допускающая небольшие отклонения от идеальной формы шара, связанные с неточностью изготовления, необходимостью обеспечения рабочих зазоров, с выполнением уплотнений, зазоров для уменьшения вязкостного трения и т.п.
Каналами будем называть проходы различной формы для рабочего тела, вьшолненные внутри или по поверхности детали, например, отверстия, пазы, полости полученные литьем или другим способом, внутри которых не перемещаются рабочие органы.
Областью взаимодействия двух деталей будем называть один или несколько участков поверхности одной детали, с рабочим зазором, от которого, в процессе работы постоянно или периодически имеет возможность находиться поверхность второй детали.
Рабочим зазором будем называть зазор между двумя деталями, при котором они имеют возможность относительного движения, но при этом утечки рабочего тела через него отсутствуют или находятся в допустимых для данного устройства пределах из-за малости зазора или из-за расположения в нем элементов уплотнений.
Будем говорить, что две детали взаимодействуют между собой, если у них есть область взаимодействия.
Поршень - деталь ОРМ, разделяющая камеры с разными давлениями, передающая основной крутящий момент и энергию между ротором или валом ротора и рабочим телом. Поршень может состоять из подвижных друг относительно друга частей.
Разделитель - деталь ОРМ, разделяющая камеры с разными давлениями, не передающая основной крутящий момент и энергию между ротором или валом ротора и рабочим телом. Разделитель через поршень или рабочее тело получает от ротора (обменивается с ротором) крутящий момент необходимый для компенсации сил трения и неравномерности вращения. Разделитель может состоять из подвижных друг относительно друга частей.
Одинаковыми номерами в описании обозначены близкие по функциональному назначению элементы.
Объемная роторная машина (ОРМ) по фиг.1 может использоваться в качестве насоса и / или гидромотора. Она состоит из двух ступеней 1 и 2. Ступени 1 и 2 имеют общий корпус 3 и общий ротор 4, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения. Геометрическая ось 5 вращения ротора 4 является осью ОРМ. В каждой ступени установлен с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора 4 в плоскости, проходящей преимущественно вдоль оси 5 ротора 4, поршень 6, и установлен с возможностью вращения вокруг ротора 4 разделитель 7. Для определенности будем описывать работу ОРМ при использовании ее в качестве насоса в предположении, что если на фигурах показан ротор 4, то он имеет направление вращения против часовой стрелки при взгляде слева.
Корпус 3 ОРМ выполнен из двух практически (с точностью до элементов крепежа и канавок под уплотнения), зеркально симметричных частей 8 и 9 (фиг.З, 4). Плоскость разъема 10 между ними проходит через ось 5 вращения ротора 4. В корпусе 3 имеется две сферообразные полости 11 (по одной на ступень), центры которых лежат на оси 5. Соосно оси 5 через полости 11 проходит цилиндрическое отверстие под ротор 4. Полости И делят его на три участка: средний 12, находящийся между полостями 11, и два крайних 13 и 14, выходящие за полости 11 в противоположные стороны.
Вокруг каждой сферообразной полости 11 имеется симметрично расположенный в ней, открытый в нее круговой паз 15 большего внешнего диаметра, чем диаметр полости 11. Т.е. он выполнен по поверхности полости 11. Паз 15 ограничен боковой сферообразной поверхностью 16 (фиг.2, 3), центр которой совпадает с центром полости 11 и двумя торцами 17 в виде симметрично расположенных параллельных плоских колец. Ось симметрии 18 (ось вращения образующей паза 15) расположена в данном примере под углом 25 градусов к оси 5 и лежит в плоскости разъема 10.
На среднем участке 12 цилиндрического отверстия, симметрично между полостями 11 и симметрично относительно плоскости, проходящей через ось 5 перпендикулярно плоскости 10, расположено окно 20 входа рабочего тела (фиг.2) на одной части 8 (не показанной на фиг.1) корпуса 3. Окно 20 входа имеет прямоугольные очертания со скругленными углами. Оно имеет угловую протяженность более 1А оборота вокруг оси 5 (в данном примере 106 градусов). Окно 20 входа переходит в цилиндрический патрубок 21 входа рабочего тела, на конце которого имеется резьба 22 (фиг.4) для подстыковки подводящих магистралей. На второй части 9 корпуса 3 симметрично плоскости 10 разъема имеется такое же окно 23 выхода рабочего тела (фиг.З), переходящее в аналогичный выходной патрубок 24 с резьбой 25 (фиг.4) на конце для подстыковки отводящих магистралей.
Участки 13 и 14 цилиндрического отверстия служат подшипниками скольжения для ротора 4. На их поверхностях, на первой части 8 корпуса имеются разгрузочные канавки 26 (фиг.2) в виде прямоугольных (в цилиндрических координатах) замкнутых контуров со скругленными углами. По угловой протяженности вокруг оси 5 по внешней границе они равны угловой протяженности окна 20 входа. По размеру вдоль оси 5 каждый контур приблизительно равен половине аналогичного размера окна 20 входа. Канавки 26 обоих контуров соединены трубками небольшого диаметра (не показаны), идущими по внешней поверхности корпуса 3, с окном 23 выхода на второй части 9 корпуса 3 (фиг.З). Симметрично, на второй части 9 корпуса 3, на поверхностях участков 13 и 14 расположены аналогичные канавки 26 в виде замкнутых контуров, связанные трубками с окном 20 входа на первой части 8 корпуса 3 (фиг.2). Канавки 26 служат для гидравлической разгрузки ротора 4. Внешние торцы 27 и 28 участков 13 и 14 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении.
На торце 27, с цилиндрического участка 13 имеется соосное оси 5 выходное отверстие 29 меньшего диаметра. В нем имеется кольцевая канавка 30 для отвода утечек с области высокого давления в зону низкого (входного) давления, связанная трубками небольшого диаметра (не показаны), через обратные клапаны, с окном 20 входа и с окном 23 выхода. Далее от полости 11 в отверстии 29 имеется кольцевая канавка 31 для установки уплотнений (сами уплотнения не показаны). Далее от полости 11 в отверстии 29 имеется кольцевая канавка 32 для сбора утечек из области низкого давления (из канавки 30), прошедших через уплотнения. Она нужна при работе ОРМ в замкнутом контуре с повышенным входным давлением. На торце 28 имеется аналогичное выходное отверстие 29 с аналогичными канавками 30, 31, 32. По периметру разъема корпуса 3 на обеих его частях 8 и 9 имеется фланец 33 для соединения их между собой. На фланце 33 имеются отверстия 34 под штифт-болты. На фланце 33 также выполнены канавки (не показаны) для уплотнения неподвижного разъема, примыкающие к периметру внутренней полости корпуса 3.
Внешняя поверхность корпуса 3 (фиг.4) со смещением приблизительно повторяет форму его внутренней полости. Вокруг паза 15 образован выступ 35.
Изготовление частей корпуса 3 для ОРМ высокого давления предполагается с помощью литья с последующей доводкой электроэрозионным способом.
Ступени 1 и 2 ротора 4 (фиг.5) выполнены на одном цилиндрическом валу. Они разделяют его на три участка: средний 36, и два крайних 37 и 38, отходяпщх во внешние стороны от ступеней 1 и 2. Каждая ступень ротора 4 имеет центральную шарообразную часть 39 с центром на оси 5 и диаметром, близким к диаметру вала. С противоположных вдоль оси 5 сторон от нее расположены две боковые стенки 40, выполненные в виде усеченных конусов, соосных оси 5, симметрично опирающихся меньшими основаниями на шарообразную часть 39. Боковые стенки 40 соединены с участками 36 и 37 на ступени 1 и участками 36 и 38 на ступени 2 переходными участками 41, имеющими сферообразные поверхности, диаметр которых больше диаметра вала, а центры совпадают с центрами соответствующих центральных шарообразных частей 39. Между двумя боковыми стенками 40 каждой ступени получается открытая наружу кольцевая полость 42, дном которой является поверхность шарообразной части 39. Вдоль оси 5 через боковые стенки 40, переходные участки 41, по шарообразной части 39 проходит паз 43 под поршень 6. Паз 43 заходит на небольшую глубину в шарообразную часть 39 в виде кольцевой канавки, геометрический центр которой совпадает с центром шарообразной части 39. Для удобства выполнения пазы 43 задевают участки 36, 37, 38. Паз 43 выглядит как симметричный сквозной прямоугольный паз через ротор 4, за вычетом цилиндра 47, оставленного в шарообразной части 39. Торцевые поверхности 44 паза 43 плоские и параллельны оси 5. Пазы 43 делят канал 42 на две одинаковые части 46. Ступень 2 развернута относительно ступени 1 на Ά оборота вокруг оси 5. Симметрично относительно паза 43, через поверхность боковых стенок 40, выходят выходы каналов 48 для рабочего тела, идущих внутрь ротора 4. Внутри центральной шарообразной части 39 имеются два симметричных винтообразных (похожих на винт) канала 49 (фиг.6) типа двухзаходной резьбы с большим шагом, каждый из которых соединяет два канала 48, находящихся в разных боковых стенках 40 и выходящих в разные части 46 (фиг.1) кольцевой полости 42. Из каждого винтового канала 49 имеется канал 50 на поверхность участка 36, выход которого имеет форму, близкую к прямоугольнику или трапеции (в цилиндрических координатах), повернутой большим основанием к своей ступени 1 / 2, со скругленными углами. Будем называть сами такие выходы со ступени 1 окнами 51 и окнами 52 со ступени 2. Окна 51 и 52 имеют угловую протяженность вокруг оси 5 менее ! оборота и выходят приблизительно в одну и ту же зону участка 36, совпадающую с местом положения вдоль оси 5 окон 20 и 23 на корпусе 3. Симметрично относительно оси 5 расположены два окна 51, и с поворотом на % оборота симметрично расположены два окна 52. Каналы 49 имеют сечение в виде меньшей части круга, отсеченной хордой со скругленными углами. Исходя из функции каналов 49, правильнее будет сказать, что каждый канал 49 переводит рабочее тело с одной стороны от шарообразной части 39 на противоположную ей (или ее центру) сторону, а далее он переходит в канал 50, ведущий к окнам входа 20 / выхода 23 рабочего тела. При этом к ним по пути (в районе стьпса или в другом месте) присоединяется еще один канал 48 с противоположной от первого канала 48 стороны относительно центра шарообразной части 39 (а так же с противоположной стороны паза 43). Выходы каналов 48 имеют достаточно большую угловую протяженность (в данном примере более 90 градусов), и поэтому в них оставлены ребра жесткости 53 (фиг.5). На поверхности участков 37 и 38 выполнены по четыре канавки 54 в виде прямоугольных (в цилиндрических координатах) со скругленными углами замкнутых контура, имеющих угловую протяженность вокруг оси 5, равную угловой протяженности окон 51 или 52 и протяженность вдоль оси 5, равную приблизительно половине соответствующей протяженности окон 51 или 52.- Их положение вдоль оси 5 совпадает с положением канавок 26 на корпусе 3, а угловое положение совпадает с положением окон 51 и 52. Они служат имитаторами окон 51 и 52 и совместно с канавками 26 выполняют гидравлическую разгрузку ротора 4.
Торцы 55 и 56 участков 37 и 38 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении. От торцов 55, 56 идут выходные валы 58. Один из них служит для связи с приводом, другой - для подсоединения дополнительных устройств. На выходном валу 58 выполнены лыски (шлицы) 59.
Изготовление ротора 4 предполагается с помощью литья с последующей доводкой электроэрозионным способом. Для облегчения выполнения каналов внутри ротора 4, в центральной части торцов 55, 56 могут быть выполнены отверстия, соосные оси 5, которые по глубине доходят до винтообразных каналов 49. Тогда изготовленные отдельно выходные валы 58 запрессовываются в эти отверстия.
Разделитель 7 (фиг.7) имеет форму тела вращения - симметричного кольца. Условно, на нем можно выделить внутреннюю (т.е. ближнюю к его центру, оси) его часть 60, и внешнюю (т.е. более удаленную от его центра) часть 61. На фигурах они отделены штрих-пунктирной окружностью. Внешняя часть 61 в собранной ОРМ располагается в пазу 15, а внутренняя часть 60 располагается в полости 11. Ось 62 является осью вращения образующей кольца. Центральное отверстие 63 в кольце ограничено сферообразной поверхностью, имеющей диаметр, близкий к диаметру шарообразной части 39 ротора 4, для того чтобы разделитель 7 одевался на нее с минимальным зазором, позволяющим их относительное вращение. Внешняя боковая сторона 64 кольца ограничена сферообразной поверхностью, концентричной центральному отверстию 63, диаметр которой близок к диаметру сферообразной поверхности 16 корпуса 3. Торцы 66 разделителя 7 плоские. Внешняя часть 61 служит для взаимодействия с пазом 15 корпуса 3, а на внутренней части 60 симметрично выполнены два соосных шарнирных разъема 65. Разъем 65 выполнен в виде глухого отверстия, идущего через поверхность отверстия 63 из центра разделителя 7, ось 67 которого лежит в плоскости разделителя 7. Диаметр отверстия больше толщины разделителя 7, поэтому отверстие на разделителе 7 формирует сквозную прорезь 68, ограниченную двумя цилиндрическими площадками 69 ,получающимися от отверстия, и дном отверстия. В конце отверстия имеется соосное ему локальное цилиндрическое утолщение 70 такого же диаметра. Под цилиндрическим утолщением 70 имеются ввиду две, выступающие в разные стороны (торцы 66) разделителя 7, соосные вьшуклые цилиндрические площадки. Дно отверстия плоское. Оно является торцом 71 утолщения 70. На торце 71 утолщения 70 имеется глухое соосное утолщению 70 отверстие 72 меньшего диаметра. Другим торцом 73 цилиндрического утолщения 70 является концентричная отверстию 63 сферообразная поверхность, проходящая по границе внутренней части 60 и внешней части 61. Основное значение утолщения 70 в том, что оно создает цилиндрические вьшуклые площадки, работающие в качестве пары трения с поршнем 6. Разделитель 7 центрально симметричен.
Поршень 6 (фиг.8) выполнен в виде плоского кольца. Торцы 74 кольца плоские, внешняя боковая сторона 75 ограничена сферообразной поверхностью с диаметром, близким к диаметру полости 11 для возможности вращения в последней без больших зазоров. Поверхность отверстия 76 кольца цилиндрическая. Поршень 6 условно можно разделить на внутреннюю (ближнюю к оси кольца) часть 77 и внешнюю (периферийную) часть 78. Внутренняя часть 77 не выходит из паза 43. На внешней части 78 симметрично выполнены два соосных шарнирных разъема 79. Разъем 79 выполнен в виде глухого отверстия, идущего через боковую сторону 75 по направлению к центру поршня 6, ось 80 которого лежит в плоскости поршня 6. Диаметр отверстия больше толщины поршня 6, поэтому отверстие на поршне 6 формирует сквозную прорезь 81, ограниченную двумя цилиндрическими площадками 82, получающимися от отверстия, и дном отверстия. В конце отверстия имеется соосное ему локальное цилиндрическое утолщение 83 такого же диаметра. Утолщение 83 состоит из двух выступающих в разные стороны (торцы 74) поршня 6 соосных цилиндрических площадок, ось которых направлена к центру поршня 6. Плоское дно отверстия является торцом 84 утолщения 83. На торце 84 утолщении 83 имеется глухое соосное ему отверстие 85 меньшего диаметра, из которого выступает запрессованная в него ось 86. Она используется для увеличения опорных поверхностей шарнирного соединения. Другим торцом 87 цилиндрического утолщения 83 является концентричная боковой стороне 75 вогнутая сферообразная поверхность, проходящая по границе внутренней части 77 и внешней части 78 поршня 6. Основное значение утолщения 83 в том, что оно создает цилиндрические выпуклые площадки, работающие в качестве пары трения с разделителем 7. Поршень 6 центрально симметричен.
В сборе, утолщение 83 поршня 6 входит в прорезь 68 разделителя 7 (фиг.9), а утолщение 70 разделителя 7 входит в прорезь 81 поршня 6. Ось 80 входит в отверстие 72. Цилиндрические площадки 82 прорези 81 поршня 6 работают в качестве пары трения по цилиндрическому утолщению 70 разделителя 7, принимая на себя в основном нагрузки, действующие в плоскости поршня 6 перпендикулярно оси 88 шарнира 89. Цилиндрические площадки 69 прорези 68 разделителя 7 работают в качестве пары трения по цилиндрическому утолщению 83 поршня 6, принимая на себя в основном нагрузки, действующие в плоскости разделителя 7 перпендикулярно оси 88 шарнира 89. Нагрузки, действующие вдоль оси 88 шарнира 89, воспринимает пара трения торец 84 утолщения 83 поршня 6 - торец 71 утолщения 70 разделителя 7. Все другие нагрузки воспринимают пары трения поршень 6 - ротор 4 и корпус 3 - разделитель 7.
Для возможности установки поршня 6 в ротор 4, ротор 4 выполнен разборным. В отдельные детали - вставки 90 (фиг.10) выделен цилиндр 47 с присоединенными к нему цилиндрическими выступами 91, ось 92 которых перпендикулярна оси 93 цилиндра 47 и проходит через его центр. Вставка 90 - это половина цилиндра 47 со своей частью от выступа 91. Раздел проходит по плоскости, параллельной торцам 94 цилиндра 47. Выступ 91 выходит за диаметр цилиндра 47 и своим торцом 95 имеет часть поверхности шарообразной части 39. На вставки 90 попадают и участки каналов 49, проходящие через цилиндр 47. В роторе 4 на месте паза 43 образуется сквозная прорезь 96 (фиг.11) в виде объединения симметрично расположенных прямоугольника и отверстия.
При сборке вставки 90 с двух сторон вставляются в отверстие 76 поршня 6, их выступы 91 устанавливаются параллельно утолщениям 83 поршня 6, и все вместе устанавливается в прорезь 96 ротора 4. Поршень 6 при этом заходит в прорезь 96 по скользящей посадке, а вставки 90 запрессовываются. Для возможности установки разделителя 7 на ротор 4, разделитель 7 (фиг.7) выполнен из двух с-образных частей, разъем 97 между которыми выполнен по типу «выступ в паз». На диаметрально противоположных местах одной части имеются выступы 98, а на другой части пазы 99. По контуру выступа 98 имеется ν-образная канавка 100, а по контуру паза 99 сняты фаски. Выступ 98 может перемещаться в пазу 99 только в одном направлении - вдоль оси 67 шарнирного разъема 65. При сборке для полной фиксации частей разделителя 7, в отверстия на границе выступ 98 - паз 99 устанавливаются штифты 101.
Для упрощения изготовления (фиг.12), утолщения 83 на поршне 6 могут быть перенесены на одну сторону поршня 6, а прорези 81 - на другую сторону поршня 6. Вместо утолщения 83 и прорези 81 с одной стороны поршня 6 будет более длинное утолщение 83, а с другой стороны поршня 6 вместо утолщения 83 и прорези 81 будет более длинная прорезь 81. При этом аналогичные изменения имеют место и на разделителе 7 (фиг.13). Вместо утолщения 70 и прорези 68 с одной стороны разделителя 7 вьшолняется более длинное утолщение 70, а с другой стороны разделителя 7 вместо утолщения 70 и прорези 68 вьшолняется более длинная прорезь 68. Поскольку и поршень 6, и разделитель 7 удерживаются от перемещений другими парами трения (поршень 6 - ротор 4, разделитель 7 - корпус 3), то для сообщения им момента сил относительно их осей вращения достаточно цилиндрических площадок 69 с одной стороны поршня 6 и цилиндрических площадок 82 с одной стороны разделителя 7. Один шарнир 89 с утолщением 70 и прорезью 81 управляет поворотом поршня 6, а другой шарнир 89 с утолщением 83 и прорезью 68 управляет поворотом разделителя 7. При этом вставка 90 вьшолняется в виде цилиндра 47 без выступов 91.
Для упрочнения поршня 6 и для увеличения его площади опоры на ротор 4, поршень 6 (фиг.14) выполнен в виде диска (а не кольца). Т.е. цилиндр 47 является частью поршня 6, а не ротора 4. При этом участки каналов 49 тоже переходят на поршень 6. При повороте поршня 6 каналы 49 частично перекрываются поршнем 6, но площадь прохода сокращается пропорционально снижению потока рабочего тела по ним. Для снижения сопротивления рабочему телу, на поршне 6 между участками каналов 49 вьшолнены дополнительные отдельные отверстия 102 для прохода рабочего тела, идущего по каналам 49. При повороте поршня 6 сменяют друг друга отверстия 102, пропускающие рабочее тело, но их общая площадь изменяется незначительно. Для большей прочности поршня 6 большие отверстия на поршне, соответствующие участкам каналов 49, могут быть заменены набором меньших отверстий 102. В центре поршня 6 выполнено отверстие 103 под ось поршня 6.
Для упрощения сборки, разъем 97 между частями разделителя 7 по фиг.7 проходит по шарнирному разъему 65 (фиг.15). Разделитель 7 состоит из двух примерно одинаковых с-образных частей кольца, на концах каждого из которых имеются цилиндрические кольца 104, являющиеся частями утолщений 70, поделенных между частями разделителя 7. На одну с-образную часть разделителя 7 попадают отдаленные от его центра части утолщений 70, а на другую - ближние к центру. Разделяющая их плоскость параллельна торцам 71.
При этом для облегчения сборки и увеличения опорной поверхности, цилиндрические площадки 82 на поршне 6 (фиг.16) выполнены на вкладышах 105 и увеличены в угловых размерах. Сечение вкладыша 105 представляет собой объединение сектора круга с небольшим кругом, расположенным симметрично с внешней от сектора круга стороны. Т.е. вкладыш 105 получается в виде дуги с соосным ей цилиндрическим выступом 106 с внешней стороны.
Под вкладыши 105 на поршне 6 выполняются аналогичные прорези 81, но немного большего размера, на цилиндрических площадках 82 которых выполняются соосные им цилиндрические пазы 107 под цилиндрический выступ 106.
При сборке сначала поршень 6 вставляется в ротор 4, затем вокруг него соединяются с-образные части разделителя 7, в отверстия 72 колец 104 вставляется ось 86, соединяющая их, после чего вставляются вкладыши 105. Причем ось 86, проходя два кольца 104 и отверстие 85 поршня 6, запрессовывается только в одно из колец 104 (предпочтительно второе), или только в отверстие 85 поршня 6. Другое кольцо 104 может вращаться на оси 86. Подвижное соединение двух частей разделителя 7 ослабляет нагрузку на него в самом слабом месте - в месте расположения шарнира. Ось 86 воспринимает центробежные силы, действующие на части разделителя 7 для того, чтобы они не ложились на пары трения. ОРМ не теряет работоспособность и при износе или отсутствии оси 86. Т.е. для упрощения изготовления части разделителя 7 могут не крепиться друг к другу, и разъем 97 между ними может выполняться по-другому.
Для увеличения опорной площади цилиндрических площадок 69 разделителя 7 могут использоваться вкладыши, аналогичные вкладышам 105. Уменьшить силы, действующие со стороны рабочего тела на поршень 6 и на разделитель 7, а также увеличить их опорную поверхность можно за счет разделения поршня 6 / разделителя 7 на подвижные друг относительно друга части. На поверхности отверстия 76 в поршне 6 (фиг.17) вьшолнен круговой паз 108, который по диаметру не пересекает прорези 81 поршня 6. Со стороны вставки 90 в этот паз входит выполненный на ней круговой выступ 109. Поскольку выступ 109 может выступать в рабочую полость 150, он может воспринимать на себя часть нагрузки, приходящейся на поршень 6, в том числе крутящий момент и энергию, передающиеся между ротором 4 и рабочим телом. Поэтому с функциональной точки зрения выступ 109 является неподвижной частью поршня 6, закрепленной на роторе 4. Наличие паза 43 на шарообразной части 39 ротора 4 является необязательным и в других вариантах поршня 6, а наличие выступа 109 еще более уменьшает потребность в нем.
Аналогично, на разделителе 7 (фиг.18) на внешней боковой стороне 64 может быть вьшолнен круговой паз ПО, не пересекающий прорези 68 разделителя 7. К корпусу 3 прикреплено кольцо 111 с круговым выступом 112 на внутренней поверхности. Выступ 112, выступая в рабочую полость 150, располагается в пазу ПО разделителя 7 и может брать на себя часть нагрузки разделителя 7. Поэтому с функциональной точки зрения выступ 112 и кольцо 111 является статической частью разделителя 7, прикрепленной к корпусу 3. Паз 15 на корпусе 3 при этом может отсутствовать. Т.е. статическая часть разделителя 7 может крепиться к корпусу 3 при помощи паза 15 или без него. Поскольку выступ 112 находится в пазу ПО разделителя 7, то нагрузка перепадом давления передается на него за счет перетечек рабочего тела между торцами паза ПО и выступа 112 или через смазочные канавки (не показаны). Для увеличения доли, воспринимаемой статической частью разделителя 7 нагрузки (т.е. для снятия нагрузки с вращающейся части разделителя 7), в торцах 66 подвижной части разделителя 7 могут быть выполнены отверстия, ведущие в паз ПО.
Для возможности сборки поршня 6 (фиг.17) с круговым пазом 108 и вставки 90 с круговым выступом 109, поршень 6 вьшолнен из двух симметричных частей. Граница раздела 113 проходит вдоль плоскости поршня 6 через его центр. Части фиксируются друг к другу с помощью заклепок 114 или любым другим способом.
Выполнение разделителя 7 состоящим из подвижных друг относительно друга частей облегчает создание на базе ОРМ по фиг.1 ОРМ с регулируемой подачей. Для этого статическая (т.е. не принимающая участия во вращении ротора, но имеющая возможность изменять свое положение относительно корпуса 3) часть разделителя 7 (фиг.19) снабжена поворотным валом 115. Для придания большей жесткости разделителю 7, поворотный вал 115 (фиг.20) выполнен в виде цилиндра 116 с вогнутой сферообразной шляпкой 117. Диаметр вогнутой поверхности совпадает с диаметром полости 11. В центре шляпки 117 имеется соосное цилиндру 116 глухое отверстие 118. Симметрично, ближе к краям шляпки 117 имеются пазы 119 под крепление статической части разделителя 7. На статической части разделителя 7 имеются цилиндрические выступы 120 (фиг.19) в двух его диаметрально противоположных местах, идущие в радиальном направлении. На расстоянии от цилиндрических выступов 120 имеются крепежные выступы 121, входящие в пазы 119. Для возможности сборки, статическая часть разделителя 7 вьшолнена из двух полуколец 122, разъем между которыми проходит через цилиндрические выступы 120.
В корпусе 3 (фиг.21) вместо паза 15 выполнены углубления 123 под шляпки 117 и отверстия 124 под выход цилиндра 116 поворотного вала 115. Ось 125 отверстий 124 проходит через центр полости 11 перпендикулярно плоскости разъема 10.
При сборке полукольца 122 вставляются в паз ПО разделителя 7, их цилиндрический выступ 120 запрессовывается в отверстие 118 поворотного вала 115, стягивая их между собой, а крепежные выступы 121 входят в пазы 119 шляпки. Далее при установке ротора 4 в корпус 3, поворотные валы 115 устанавливаются в отверстия 124.
Ротор 4 машины принципиально не отличается от ротора 4 по фиг.5.
Увеличить жесткость статической части разделителя 7 можно, если поменять местами выступ 112 и паз ПО. Т.е. выступ 112 вьшолняется на подвижной части разделителя 7 (фиг.22), а паз ПО вьшолняется на статической части разделителя 7 (фиг.23). При этом, вынужденно уменьшается площадь крепления утолщения 70 к разделителю 7 и его цилиндрические площадки выступают за основное тело разделителя 7.
Увеличить опорную площадь разделителя 7 и / или поршня 6 можно, используя несколько параллельных выступов 112 и пазов ПО на их подвижных частях и несколько выступов 112 / 109 и пазов ПО / 108 на их статических частях. Это является комбинацией ранее приведенных примеров. Вместо зацепления типа выступ - паз между ротором 4 или статической частью поршня 6 и подвижной частью поршня и / или между подвижной и статической частью разделителя 7 или корпусом 3 может применяться шарикоподшипник. Для этого достаточно выполнить канавки, служащие дорожками шарикоподшипника на соответствующих деталях и разместить между ними шарики с сепаратором.
Высокой надежностью обладает и другой вариант шарнира 89. Поршень 6 (фиг.24) вьшолнен в виде плоского кольца. Торцы 74 кольца плоские, внешняя боковая сторона 75 ограничена сферообразной поверхностью с диаметром, близким к диаметру полости 11 для возможности вращения в последней без больших зазоров. Поверхность отверстия 76 цилиндрическая. Поршень 6 условно можно разделить на внутреннюю (ближнюю к оси кольца) часть 77 и внешнюю (периферийную) часть 78. Внутренняя часть 77 не выходит из паза 43. На внешней части 78 центрально симметрично вьщолнены два соосных шарнирных разъема 127. Разъем 127 вьшолнен в виде локального дугообразного изгиба 128 поршня 6, геометрическая ось 80 которого проходит через центр поршня 6. Изгиб 128 проходит через всю внешнюю часть 78 поршня 6. На локальном сечении изгиба 128 имеется сектор кольца. В данном примере его угловые размеры: 250 градусов по внутренней дуге и 130 градусов по внешней дуге.
Разделитель 7 (фиг.25) имеет форму тела вращения - симметричного кольца. Условно, на нем можно выделить внутреннюю (т.е. ближнюю к его центру, оси) его часть 60, и внешнюю (т.е. более удаленную от его центра) часть 61. На фигуре они отделены штрих-пунктирной окружностью. Внешняя часть 61 в собранной ОРМ располагается в пазу 15, а внутренняя часть 60 располагается в полости 11. Ось 62 является осью вращения образующей кольца. Центральное отверстие 63 в кольце ограничено сферообразной поверхностью, имеющей диаметр, близкий к диаметру шарообразной части 39 ротора 4, для того чтобы разделитель 7 одевался на нее с минимальным зазором, позволяющим их относительное вращение. Внешняя боковая сторона 64 кольца ограничена сферообразной поверхностью концентричной центральному отверстию 63, диаметр которой близок к диаметру сферообразной поверхности 16 паза 15. Торцы 66 разделителя 7 плоские. Внешняя часть 61 служит для взаимодействия с пазом 15 корпуса 3, а на внутренней части 60 осе симметрично вьшолнены два соосных шарнирных разъема 129. Разъем 129 вьшолнен в виде сквозной дугообразной прорези 130, ось 67 которой проходит через центр разделителя 7. Прорезь 130 идет от отверстия 63 до внешней части 61. Прорезь 130 с одной стороны ограничена вогнутой цилиндрической площадкой 69 ,аналогичной площадке 69 разделителя 7 по фиг.7, с другой стороны сектором (частью) цилиндра 131 с угловым размером в данном примере 300 градусов.
Диаметр сектора цилиндра 131 может быть не только меньше либо равным, но и большим толщины разделителя 7. Т.е. в этом месте может быть утолщение разделителя 7.
Пара трения вогнутая цилиндрическая площадка 69 - внешняя сторона изгиба 128 поршня 6 аналогична паре трения площадка 69 - утолщение 70. Поэтому для увеличения опорной площади на месте площадок 69 могут использоваться вкладыши 105.
В другом исполнении, один или оба изгиба 128 могут быть выполнены на разделителе 7, а одна или две прорези 130 на поршне 6.
Шарнирный разъем 79 / 65 на поршне 6 и / или на разделителе 7 может использоваться и в других конфигурациях ОРМ со сферообразной рабочей полостью 11 , увеличивая их надежность. Например, в ОРМ с проходом рабочего тела по ротору 4 вдоль оси 5 ротора 4 (фиг.27). В этом примере использовано две ступени 1 и 2, чтобы показать, как ступени стыкуются друг к другу. На их месте может быть любое количество ступеней.
Корпус 3 (фиг.28) ОРМ во многом похож на корпус ОРМ по фиг.1. Отличия имеются в подводе и отводе рабочего тела. Корпус 3 ОРМ выполнен из двух практически (с точностью до элементов крепежа, канавок под уплотнения и патрубков подвода 21 и отвода 24 рабочего тела), зеркально симметричных частей 8 и 9 (фиг.29). Часть 8 не показана ввиду ее похожести на часть 9. Плоскость разъема 10 между ними проходит через ось 5 вращения ротора 4. В корпусе 3 имеется две сферообразные полости 11 (по одной на ступень), центры которых лежат на оси 5. Соосно оси 5 через полости 11 проходит цилиндрическое отверстие под ротор 4. Полости 11 делят его на три участка: средний 12, находящийся между полостями 11, и два крайних 13 и 14, выходящие за полости 11 в противоположные стороны.
Вокруг каждой сферообразной полости 11 имеется симметрично расположенный в ней, открытый в нее кольцевой паз 15 большего внешнего диаметра, чем диаметр полости 11. Т.е. он выполнен по поверхности полости 11. Паз 15 ограничен сферообразной поверхностью 16, центр которой совпадает с центром полости 11 и двумя торцами 17 в виде симметрично расположенных параллельных плоских колец. Ось симметрии 18 (ось вращения образующей паза 15) паза 15 расположена в данном примере под углом 25 градусов к оси 5 и лежит в плоскости разъема 10.
На крайнем участке 13 цилиндрического отверстия, на корпусе 3 имеется кольцевая канавка 132 для подвода к ротору рабочего тела. На одной части 9 имеется патрубок 21 входа рабочего тела, ведущий в канавку 132. На конце патрубка 21 имеется резьба для подстыковки подводящих магистралей. Аналогично, на крайнем участке 14 цилиндрического отверстия, на корпусе 3 имеется кольцевая канавка 133 для отвода от ротора рабочего тела. На той же части 9 имеется патрубок 24 выхода рабочего тела, ведущий в канавку 133. На конце патрубка 24 имеется резьба для подстыковки отводящих магистралей. Внешние торцы 27 и 28 участков 13 и 14 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении.
На торцах 27, 28 с цилиндрического участка 13 имеется соосные оси 5 выходные отверстия 29 меньшего диаметра. По периметру разъема корпуса 3 на обеих его частях 8 и 9 имеется фланец 33 для их соединения между собой. На фланце 33 имеются отверстия 34 под штифт-болты. На фланце 33 так же выполнены канавки (не показаны) для уплотнения неподвижного разъема, примыкающие к периметру внутренней полости корпуса 3.
Ступени 1 и 2 ротора 4 (фиг.29) выполнены на одном цилиндрическом валу. Они разделяют его на три участка: средний 36, и два крайних 37 и 38, отходящих во внешние стороны от ступеней 1 и 2. Каждая ступень ротора 4 имеет центральную шарообразную часть 39 с центром на оси 5 и диаметром, близким к диаметру вала. С противоположных вдоль оси 5 сторон от нее расположены две боковые стенки 40, выполненные в виде усеченных конусов, соосных оси 5, симметрично опирающихся меньшими основаниями на шарообразную часть 39. Боковые стенки 40 соединены с участками 36 и 37 на ступени 1 и участками 36 и 38 на ступени 2 переходными участками 41, имеющими сферообразные поверхности, диаметр которых больше диаметра вала, а центры совпадают с центрами соответствующих центральных шарообразных частей 39. Между двумя боковыми стенками 40 каждой ступени получается открытая наружу кольцевая полость 42, дном которой является поверхность шарообразной части 39. С одной стороны ротора 4, вдоль оси 5 через боковые стенки 40, переходные участки 41 и шарообразную часть 39 проходит паз 43 под поршень 6. Паз 43 заходит в шарообразную часть 39 далее ее центра. Для удобства выполнения пазы 43 задевают участки 36, 37, 38. Торцевые поверхности 44 паза 43 плоские и параллельны оси 5. В местах выхода паза 43 на боковые стенки 40 на поверхности стенок 40 с одной стороны паза 43 имеются углубления 45. Паз 43 в одном месте пересекает канал 42.
Внутри ротора 4, через все ступени, выполнено два прямых канала 134 для прохода рабочего тела. Их сечения имеют вид части круга (немного меньше половины), отсеченной хордой. Его углы скруглены. У начала канала 134, между всеми ступенями 1, 2 и в конце канала 134, попеременно в каналах 134 оставлены перегородки 135. Т.е. в одном канале 134 оставлена перегородка 135 перед первой ступенью 1, во втором - перед второй ступенью 2, и т.д. После последней ступени в очередном канале 134 тоже установлена перегородка 135. Паз 43 проходит по стенке 136, разделяющей каналы 134.
С одной стороны паза 43, на поверхности шарообразной части 39, выполнено окно входа 137 для рабочего тела, ведущее в канал 134, не перегороженный перегородкой 135 перед данной ступенью. Окно 137 похоже на равнобедренную трапецию со скругленными углами (на сфере), ориентированную большим основанием к пазу 43 и примыкающую к нему. С другой стороны паза 43 через поверхность шарообразной части 39 выполнено окно выхода 138, ведущее в другой канал 134, перегороженный перегородкой 135 на входе в данную ступень. Поскольку, каждая следующая ступень ротора 4 повернута относительно предыдущей ступени вокруг оси 5 на пол оборота, то один канал 134 связывает окно выхода 138 одной ступени 1 с окном входа 137 следующей ступени 2. В шарообразной части 39 и в стенке 136 имеется отверстие 139, ось которого проходит через центр шарообразной части 39 перпендикулярно стенке 136. Отверстие 139 служит для установки оси поршня 6. На крайнем участке 13 имеются отверстия 140, связьшающие не перегороженный канал 134 с канавкой 132. Аналогичные отверстия 140 на крайнем участке 14 связьшают не перегороженный там канал 134 с канавкой 133.
На концах ротора 4 для связи с приводом и с последующими секциями ОРМ, имеются выходные полувалы 58, меньшего диаметра, чем диаметр участков 36, 37, 38.
Поршень 6 (фиг.30) представляет собой часть поршня 6 по фиг.24 с одним шарнирным разъемом 79, но без отверстия 76. Поршень 6 выполнен в виде симметричной части диска с плоскими (за исключением шарнирного разъема 127) торцами 74. В данном примере эта часть диска заключает в себе сектор в 70 градусов и цилиндр с диаметром несколько меньше диаметра шарообразной части 39. Он ограничен сферообразной боковой стороной 75, диаметр которой близок к диаметру полости 11, концентричным ей участком цилиндрической поверхности 141 и двумя плоскими площадками, соединяющими их. Условно на поршне 6 можно выделить внутреннюю часть 77 - часть, которая не выходит за пределы шарообразной части 39 и внешнюю часть 78 - более удаленную от центра боковой стороны 75. Симметрично, через внешнюю часть 78 поршня 6 проходит шарнирный разъем 127. Он вьшолнен в виде локального дугообразного изгиба 128 поршня 6, геометрическая ось 80 которого проходит через ось вращательных колебаний поршня 6. В локальном сечении изгиба 128 имеется сектор кольца. В данном примере его угловые размеры: 250 градусов по внутренней дуге и 130 градусов по внешней дуге. В поршне 6 имеется отверстие 143, соосное оси вращательных колебаний поршня 6 для установки в нем физической оси.
Разделитель 7 (фиг.31) похож на разделитель 7 по фиг.25, за исключением того, что на нем имеется только один шарнирный разъем 129.
Для усиления синхронизации поршня 6 и разделителя 7, поршень 6 (фиг.32) в данной ОРМ может быть вьшолнен в виде целого диска, как поршень 6 по фиг.24. Для этого паз 43 выполняется сквозным. Второй разъем 129 на поршне 6 для удобства установки в ротор 4, предпочтительно вьшолнить в виде дугообразной прорези 130 с сектором цилиндра 131, а второй разъем 129 на разделителе 7 (фиг.ЗЗ) - в виде дугообразного изгиба 128. Такое размещение разъемов 127, 129 делает данную ОРМ более герметичной, т.к. перепад давления приходится на сторону поршня 6 без отверстий 142 и на противоположную ей сторону разделителя 7, где используются разъемы 127 не содержащие прорезей 130. Добавленная по сравнению с фиг.30 часть поршня 6 не должна создавать препятствия рабочему телу при его проходе по рабочей полости, поэтому в ее выступающей в рабочую полость части выполнены отверстия 142.
В ОРМ по фиг.27-33 проход рабочего тела от ступени к ступени осуществляется по каналам 134, идущим внутри ротора 4. ОРМ может состоять из большего количества ступеней.
Каналы 134 достаточного сечения, идущие внутри ротора 4 в ОРМ такого типа, удалось вьшолнить благодаря небольшой толщине поршня 6, которая возможна при использовании разделителя 7, по меньшей мере, одна часть которого вращается. Для разгрузки ротора 4 от осевой силы ступени 1, 2 ОРМ могут прокачивать рабочее тело навстречу друг другу. Для этого канавки 132 и 133 переносят с участков 13 и 14 на участок 12 (не показано). Патрубки 21 и 24 могут быть расположены как на одной части 8 или 9, так и на разных. Ведущие к ним каналы 134 при этом идут вдоль оси 5 к участку 12, а не к участкам 13 / 14.
Для создания подачи близкой к равномерной одной ступенью (в одной полости 11), в одной ступени может быть установлено несколько поршней 6 (фиг.34). При использовании одной ступени корпус 3 (фиг.35) удобнее делить на центрально симметричные части 8 и 9 плоскостями 10 проходящими по торцам 17 паза 15. При этом на границе раздела имеется фланец 33 в виде кольца с отверстиями 34 для соединения частей 8 и 9 штифт-болтами. При этом появляется проставка 145 в виде плоского кольца с продолжением отверстий 34 между частями 8 и 9. Боковая сторона 16 паза 15 переходит на проставку 145 в качестве поверхности ее отверстия. Внутри части 8 / 9 имеется участок 37 / 38 отверстия и чуть менее половины сферообразной полости 11, центр которой лежит на оси 5 этого отверстия. Полость 11 ограничена наклонной к оси 5 геометрической плоскостью проходящей через плоскость разъема 10. На поверхности полости 11 ближе к участку отверстия 37 / 38 симметрично относительно оси 5 расположены окно входа 20 и окно выхода 23 рабочего тела. Угловая протяженность окна 20 / 23 вокруг оси 5 составляет в данном примере 90 градусов. Окна 20 / 23 расположены в области взаимодействия поверхности 41 ротора 4 с корпусом 3. Окно входа 20 переходит в патрубок входа 21 имеющий резьбу 22 для подстыковки подводящих магистралей. Окно выхода 23 переходит в патрубок выхода 24 имеющий резьбу 25 для подстыковки отводящих магистралей.
Ротор 4 (фиг.36) выполнен на одном цилиндрическом валу. Ротор 4 имеет центральную шарообразную часть 39 с центром на оси 5 и диаметром близким к диаметру вала. С противоположных вдоль оси 5 сторон от нее расположены две боковые стенки 40, выполненные в виде усеченных конусов соосных оси 5 симметрично опирающихся меньшими основаниями на шарообразную часть 39. Боковые стенки 40 соединены с участками 37 и 38 цилиндрического вала переходными участками 41, имеющими сферообразные поверхности, диаметр которых больше диаметра вала, а центры совпадают с центром шарообразной части 39. Между двумя боковыми стенками 40 получается открытая наружу кольцевая полость 42, дном которой является поверхность шарообразной части 39. Вдоль оси 5 через боковые стенки 40, переходные участки 41, по шарообразной части 39 проходят два симметричных с-образных сквозных повернутых на 180 градусов в своей плоскости и на Ул оборота относительно оси 5 паза 43 под поршни 6. Паз 43 заходит на небольшую глубину в шарообразную часть 39 в виде кольцевой канавки, геометрический центр которой совпадает с центром шарообразной части 39, проходит насквозь усеченный конус одной из боковых стенок 40, немного затрагивает усеченный конус другой боковой стенки 40 (для установки поршня 6). Торцевые поверхности 44 паза 43 плоские и параллельны оси 5. Каждый паз 43 делит боковую стенку 40 на две одинаковые части, через которые симметрично относительно паза 43, через поверхность боковых стенок 40 и переходных поверхностей 41 проходят каналы 48 для рабочего тела идущие по поверхности ротора 4. Выходы каналов 48 на одну из поверхностей 41 будем называть окнами 51, а на другую поверхность 41 - окнами 52. Окна 51 и 52 имеют угловую протяженность вокруг оси 5 менее 1А оборота и приблизительно равны размерам окон 20 и 23 на корпусе 3. Симметрично относительно оси 5 расположены два окна 51, и с поворотом на 1А оборота симметрично расположены два окна 52.
Торцы 55 и 56 участков 37 и 38 соответственно служат в качестве упорных подшипников для ограничения перемещений ротора 4 в осевом направлении. От торцов 55, 56 идут выходные валы 58. Один из них служит для связи с приводом, другой - для подсоединения дополнительных устройств. На выходном валу 58 выполнены лыски (шлицы) 59.
Поршень 6 (фиг.37) выполнен в виде части (несколько более половины) плоского кольца. Торцы 74 кольца плоские, внешняя боковая сторона 75 ограничена сферообразной поверхностью с диаметром близким к диаметру полости 11 для возможности вращения в последней без больших зазоров. Поверхность отверстия 76 кольца цилиндрическая. Поршень 6 условно можно разделить на внутреннюю (ближнюю к оси кольца) часть 77 и внешнюю (периферийную) часть 78. Внутренняя часть 77 не выходит из паза 43. На внешней части 78 симметрично выполнены два соосных шарнирных разъема 129. Разъем 129 выполнен в виде сквозной дугообразной прорези 130, ось 67 которой проходит через центр (ось вращательных колебаний) поршня 6. Прорезь 130 идет от внутренней части 77 до боковой стороны 75. Прорезь 130 с одной стороны ограничена вогнутой цилиндрической площадкой 69 аналогичной площадке 69 разделителя 7 по фиг.7, с другой стороны сектором (частью) цилиндра 131 с угловым размером в данном примере 300 градусов.
Диаметр сектора цилиндра 131 в данном примере равен толщине поршня 6.
Для облегчения установки в паз 43 при сборке, на углах поверхности отверстия 76 (сектора кольца) выполнены фаски 147.
Разделитель 7 (фиг.38) имеет форму тела вращения - симметричного кольца. Условно, на нем можно выделить внутреннюю (т.е. ближнюю к его центру, оси) его часть 60, и внешнюю (т.е. более удаленную от его центра) часть 61. На фигуре они отделены штрих-пунктирной окружностью. Внешняя часть 61 в собранной ОРМ располагается в пазу 15, а внутренняя часть 60 располагается в полости 11. Ось 62 является осью вращения образующей кольца. Центральное отверстие 63 в кольце ограничено сферообразной поверхностью имеющей диаметр близкий к диаметру шарообразной части 39 ротора 4, для того чтобы разделитель 7 одевался на нее с минимальным зазором, позволяющим их относительное вращение. Внешняя боковая сторона 64 кольца ограничена сферообразной поверхностью концентричной центральному отверстию 63, диаметр которой близок к диаметру сферообразной поверхности 16 паза 15. Торцы 66 разделителя 7 плоские. Внешняя часть 61 служит для взаимодействия с пазом 15 корпуса 3, а на внутренней части 60 осе симметрично выполнены два соосных шарнирных разъема 127. Разъем 127 выполнен в виде локального дугообразного изгиба 128 разделителя 7, геометрическая ось 80 которого проходит через центр разделителя 7. Изгиб 128 проходит через всю внутренюю часть 60 разделителя 7. На локальном сечении изгиба 128 имеется сектор кольца. В данном примере его угловые размеры: 250 градусов по внутренней дуге и 130 градусов по внешней дуге. Симметрично относительно оси шарнирного разъема 127 через всю внутреннюю часть 60 разделителя 7 выполнены два сквозных паза 148. Паз 148 ограничен сферообразной поверхностью концентричной отверстию 63 и двумя плоскими почти радиальными площадками. Пазы 148 служат для установки в них подвижных относительно основного разделителя 7 частей 146 разделителя.
Подвижная часть 146 разделителя (фиг.39) имеет форму небольшого сектора кольца. Ось 62 является осью вращения его образующей. Центральное отверстие 63 в кольце ограничено сферообразной поверхностью имеющей диаметр близкий к диаметру шарообразной части 39 ротора 4. Внешняя боковая сторона 64 сектора кольца ограничена сферообразной поверхностью концентричной центральному отверстию 63, диаметр которой близок к диаметру сферообразной полости 11. Торцы 66 плоские. На части 146 симметрично выполнен шарнирный разъем 127 в виде локального дугообразного изгиба 128, геометрическая ось 80 которого проходит через центр части 146. Толщина части 146 больше толщины разделителя 7. На ее концах выполнены прямоугольные пазы 149 для стыковки с основным разделителем 7. Пазы 149 допускают поворот подвижной части 146 разделителя относительно основного разделителя 7 на небольшой угол (±3 градуса в данном примере) вокруг оси 42 для компенсации изменения угла между осями 80 разных поршней 6 при вращении ротора 4.
Вместо подвижных частей 146 разделителя может быть использован дополнительный разделитель 7 (как на фиг.38) установленный в том же или в дополнительном пазу 15.
Если вместо сквозного паза 148 на разделителе 7 выполнить углубление, то часть 146 не будет выполнять описанную роль разделителя и может быть названа, следуя терминологии из аналогов, уплотнительным силовым элементом (У СЭ). Таким образом, для установки нескольких поршней вокруг одной шарообразной части ротора 4 допустимо сочетание по использованию как шарнирных разъемов 89 между поршнем 6 и разделителем 7 так и использование УСЭ.
Машина по фиг.34 по принципу работы похожа на машину по фиг.1, поэтому аналогично машине по фиг.27 она может быть сделана регулируемой при изменении угла разделителя 7.
По сравнению с аналогом (US 2708413) в машине по фиг.34 появилась надежная синхронизация поршня 6 благодаря шарнирному разъему 89 и появилась возможность увеличить окна входа 20 и окна выхода 23 благодаря сообщению их с рабочими камерами не напрямую, а через каналы 48.
Показанные два типа разъемов 127 - 129 и 65 - 79 в большинстве случаев взаимозаменяемы и могут использоваться во всех приведенных машинах.
В машинах по фиг.1 и фиг.19-21 подобно машине по фиг.34 может не быть каналов 49 внутри ротора 4. Но проход рабочего тела внутри шарообразной части 39 ротора 4 существенно (в ~3 раза) увеличивает удельные характеристики ОРМ. Т.е. существенный эффект достигается за счет того, что рабочее тело проходит внутри ротора 4 по имеющимся там каналам 49 / 134.
В машинах по фиг.1, фиг.19-21 и фиг.34 боковые стенки 40 ротора 4 и торцы 66 разделителя 7 не взаимодействуют друг с другом (в отличие от внешне похожего аналога RU 2006119356) и не имеют строгих ограничений на форму. Для них выбраны формы удобные для изготовления. Так же не имеют строгих ограничений формы каналов для прохода рабочего тела.
Форма внешней боковой стороны 64 и боковой поверхности 16 паза 15 не обязательно должна быть сферообразной. Они могут иметь форму другой поверхности вращения, например, цилиндрическую или не являться поверхностью вращения, т.к. между ними может быть достаточно большой зазор (пустоты), исключающий их взаимодействие. Это расширяет возможности изготовления паза 15. Разделитель 7 устанавливается в нужное положение в полости 11 благодаря взаимодействию с шарообразной частью 39 ротора 4. Наличие зазора между ними позволяет упростить изготовление.
Сферообразная переходная поверхность 41 на роторе 4 может быть заменена любой другой поверхностью вращения, или может исчезнуть за счет увеличения диаметра участков 36, 37, 38.
При достаточном запасе прочности ротора 4, боковые стенки 40 могут иметь цилиндрическую поверхность, являющуюся продолжением поверхности участков вала 36, 37, 38. Т.е. геометрически (визуально) могут исчезнуть два элемента - боковые стенки 40 и переходная поверхность 41.
Для увеличения надежности и прочности, все неподвижные разъемы 97, 113 могут быть заменены неразъемными, например, сварными соединениями.
Машина по фиг.1 в качестве насоса работает следующим образом. Вокруг шарообразной части 39 ротора 4 каждой из ступеней 1, 2 в полостях 11 корпуса 3 из открытой кольцевой полости 42 получается кольцевая рабочая полость 143, которую разделитель 7 разделяет на две части 144 переменного сечения. Поршень 6 делит каждую часть 144 на две рабочие камеры 145 и 146. Вращение поршня 6 с ротором 4 через шарнир 89 между поршнем 6 и разделителем 7 приводит во вращение разделитель 7. При вращении ротора 4, из-за наклона разделителя 7, рабочие камеры 145, 146 изменяют свой объем. Две расположенные центрально симметрично относительно шарообразной части 39 камеры 145 увеличивают свой объем, в то время как две других центрально симметричных камеры 146 уменьшают свой объем. Камеры 145 /146, находящиеся по другую от участка 36 сторону разделителя 7 благодаря винтовым каналам 49 внутри шарообразной части 39, вместе с камерами 145 / 146 находящимися со стороны участка 36 каналами 50 связаны с окнами 51 и 52 находящимися на участке 36 ротора 4 между ступенями 1 и 2. В этом месте на корпусе 3 расположено окно 20 входа и осе симметрично ему относительно оси 5 вращения ротора 4 расположено окно 23 выхода рабочего тела. На окно 20 входа попадают выходы на поверхность ротора 4 каналов 50 ведущих из увеличивающих свой объем рабочих камер 145, а на окно 23 выхода попадают выходы каналов 50 ведущих из камер 146 уменьшающих свой объем. Из-за уменьшения объема камер 146, имеющееся в них рабочее тело вынуждено выходить из них по каналам 49, 50 в окно 23 выхода и далее в выходной патрубок 24. Из-за увеличения объема других камер 145, в них по каналам 50, 49 через окно 20 входа из входного патрубка 21 поступает новая порция рабочего тела.
Когда объем одних камер 146 одной из ступеней 1 / 2 достигает минимума, а других 145 - максимума, выходы 51 / 52 из каналов 50 за счет вращения ротора 4 выходят из перекрытия с окном 23 выхода и с окном 20 входа соответственно и начинают входить в перекрытие с противоположными окнами - окном 20 входа и окном 23 выхода соответственно. Пары камер 145 и 146 меняются местами. Процесс повторяется. За счет сдвига на 1А оборота между ступенями 1 и 2, их суммарная подача близка к равномерной (не пульсирующей).
Разделитель 5 испытывает периодическую осе симметричную нагрузку со стороны рабочего тела на свою внутреннюю часть 60, которую его внешняя часть 61 передает на торцы 17 паза 15. Поскольку направление этой силы перпендикулярно скорости разделителя 7, он не передает вращающий момент и энергию между ротором 4 и рабочим телом.
Поршень 6 испытывает периодическую центрально симметричную нагрузку со стороны рабочего тела на свою внешнюю часть 78, которую он передает на торцы 44 паза 43. Через поршень 6 происходит передача энергии и крутящего момента между ротором 4 и рабочим телом.
Поршень 6 через шарнир 89 передает разделителю 7 часть энергии ротора 4 на компенсацию сил трения действующих на разделитель 7 (в основном в пазу 15). Кроме того, из-за вращательных колебаний поршня 6, на него действуют инерциальные силы, пропорциональные интегралу от масс поршня 6, умноженных на квадрат их расстояния до оси 86 вдоль плоскости поршня 6. Они передаются через площадки 82 на утолщения 70 разделителя 7, т.е. через шарнир между поршнем 6 и разделителем 7.
Из-за небольшой неравномерности вращения разделителя 7, на него действуют инерциальные силы, пропорциональные его моменту инерции в своей плоскости. Они передаются через площадки 69 разделителя 7 на утолщения 83 поршня 6, т.е. через шарнир между разделителем 7 и поршнем 6.
Площадки 82 и площадки 69 практически перпендикулярны передаваемым через них силам.
Ротор 4 уравновешен по радиальным силам, действующим на него со стороны рабочего тела. Не скомпенсированный момент сил существенно ослабляется за счет расстояния между участками 37 и 38, вьшолняющими роль подшипников.
Машина по фиг.19-21 работает аналогичным с машиной по фиг.1 образом. Дополнительно у нее появляется возможность изменять свою подачу от максимальной в одну сторону до такой же подачи в противоположную сторону при постоянстве оборотов ротора 4. Это происходит при одновременном повороте внешним регулирующим устройством поворотных валов обоих ступеней в диапазоне углов (для данного примера) от -25 градусов до +25 градусов вокруг осей 125.
Машина по фиг.27 в качестве насоса работает следующим образом. Вокруг шарообразной части 39 ротора 4 каждой из ступеней 1, 2 в полостях 11 корпуса 3 из открытой кольцевой полости 42 получается кольцевая рабочая полость 150, которую разделитель 7 разделяет на две части 151 переменного сечения. В самом узком месте сечение равно нулю. Т.е. часть 151 с-образна (не замкнута). Поршень 6 делит каждую часть 144 на две рабочие камеры 145 и 146. Вращение поршня 6 с ротором 4 через шарнир 89 между поршнем 6 и разделителем 7 приводит во вращение разделитель 7. Но вращение разделителя 7 не перемещает части 151 относительно корпуса 3. При вращении ротора 4, одна часть поршня 6 движется по одной части 151 разделяя ее на камеры 152 и 153, а другая часть поршня 6 движется по другой части 151 разделяя ее на камеры 152 и 153. Камеры 152 находятся за (по ходу вращения ротора 4) поршнем 6 и увеличивают свой объем, а камеры 153 находятся перед поршнем 6 и уменьшают свой объем. Рабочее тело из каналов 134 в роторе 4 через окно 137 входа на роторе 4 расположенное за поршнем 6 проходит в камеры 152. А из камер 153 рабочее тело выходит через окно 138 расположенное перед поршнем 6 в другой канал 134. Когда поршень 6 доходит до минимального сечения одной из частей 151, то проходя его поршень 6 снова попадает в эту часть 151, но с другой стороны. Процесс повторяется. Каналы 134 проводят рабочее тело между окном выхода 138 одной ступени 1 и окном входа 137 другой ступени 2, или между патрубком 21 входа / патрубком 24 выхода машины через отверстия 140 и окном входа 20 ступени 1 / окном выхода 23 ступени 2. Подача машины практически равномерная.
Разделитель 5 испытывает периодическую движущуюся по кругу пульсирующую нагрузку со стороны рабочего тела на свою внутреннюю часть 60, которую его внешняя часть 61 передает на торцы 17 паза 15. Поскольку направление этой силы перпендикулярно скорости разделителя 7, он не передает вращающий момент и энергию между ротором 4 и рабочим телом. Исключение составляет перепад давления ступени, действующий на поперечное сечение разделителя 7, который подталкивает разделитель 7 в сторону его вращения.
Поршень 6 испытывает периодическую центрально симметричную нагрузку со стороны рабочего тела на свою внешнюю часть 78, которую он передает на торцы 44 паза 43. Через поршень 6 происходит передача энергии и крутящего момента между ротором 4 и рабочим телом.
Поршень 6 через шарнир 89 передает разделителю 7 часть энергии ротора 4 на компенсацию сил трения действующих на разделитель 7 (в основном в пазу 15).
Кроме того, из-за вращательных колебаний поршня 6, на него действуют инерциальные силы, пропорциональные интегралу от масс поршня 6, умноженных на квадрат их расстояния до оси 86 вдоль плоскости поршня 6. Они передаются через изгиб 128 на поршне 6 на сектор цилиндра 131 разделителя 7, т.е. через шарнир 89 между поршнем 6 и разделителем 7.
Из-за небольшой неравномерности вращения разделителя 7, на него действуют инерциальные силы, пропорциональные его моменту инерции в своей плоскости. Они передаются через площадки 69 разделителя 7 на изгиб 128 поршня 6, т.е. через шарнир 89 между разделителем 7 и поршнем 6. На разъемах 89 имеются площадки практически перпендикулярны передаваемым через них силам.
Машина по фиг.34 в качестве насоса работает похожим образом с машиной по фиг.1. Вокруг шарообразной части 39 ротора 4 в полости 11 корпуса 3 из открытой кольцевой полости 42 получается кольцевая рабочая полость 150, которую разделитель 7 вместе с подвижными частями 146 разделителя разделяет на две части 151 переменного сечения. Каждый поршень 6 делит каждую часть 151 на две рабочие камеры 152 и 153. Вращение поршня 6 с ротором 4 через шарнир 89 между поршнем 6 и разделителем 7 приводит во вращение разделитель 7. Вращение другого поршня 6 с ротором 4 через шарниры 89 между поршнем 6 и подвижными частями 146 разделителя приводит последние во вращение. При вращении ротора 4, из-за наклона разделителя 7, рабочие камеры 152, 153 изменяют свой объем. Одна камера 152 увеличивает свой объем, в то время как расположенная по другую сторону от поршня 6 камера 153 уменьшает свой объем. Камеры 152 /153, находящиеся по другую сторону разделителя 7 разделенные другим поршнем 6 благодаря углу в 1 оборота вокруг оси 5 между поршнями 6 сдвинуты по фазе на 90 градусов.
При увеличении объема камеры 151 она связана каналом 48 с окном входа 20 рабочего тела, и из патрубка 21 входа через окна 20 и 51 / 52 в нее поступает рабочее тело. При уменьшении объема камеры 152 она связана каналом 48 с окном выхода 23 рабочего тела, и рабочее тело из нее выходит в патрубок 24 выхода через окна 23 и 51 / 52. При достижении камерами 151 / 152 минимума или максимума объема происходит их перекомутация с окнами 20, 23. Процесс повторяется для других камер 152 / 153. Благодаря сдвигу фаз между парами камер 152 / 153, подача ОРМ близка к равномерной.
Аналогично машинам по фиг.1 и фиг.19-21 связь окон входа 20 и выхода 23 с рабочими камерами 152, 153 осуществляется посредством каналов 48, выполненных в роторе 4, т.е. окна 20 и 23 непосредственно не выходят в рабочую полость 150. Это дает возможность поддержания рабочего давления одной ступенью на всем цикле машины (на всем обороте ротора 4).

Claims

Формула изобретения
1. Объемная роторная машина, содержащая корпус, ротор, поршень, разделитель, сферообразную рабочую полость, образованную вокруг ротора,
окна входа и выхода рабочего тела,
причем, по меньшей мере, часть поршня установлена с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора в плоскости, проходящей преимущественно вдоль оси ротора и, по меньшей мере, часть разделителя установлена с возможностью вращения вокруг ротора, а поршень или его часть связан шарнирно с разделителем или его частью.
2. Машина по п.1, в которой шарнирные разъемы на поршне и на разделителе вьшолнены в виде сочетания цилиндрического утолщения и прорези с соосными утолщению вогнутыми цилиндрическими площадками.
3. Машина по п.1, в которой шарнирный разъем на поршне выполнен в виде дугообразного изгиба, а на разделителе в виде дугообразной прорези.
4. Машина по п.1, в которой шарнирный разъем на поршне выполнен в виде дугообразной прорези, а на разделителе в виде дугообразного изгиба.
5. Машина по п.1, в которой внутри ротора вьшолнены каналы для рабочего тела, ведущие на другую сторону разделителя, для возможности выполнения подвода рабочего тела к рабочим камерам и / или отвода рабочего тела от рабочих камер только с одной стороны разделителя.
6. Машина по п.1, в которой разделитель установлен с возможностью изменения угла своего наклона к оси вращения ротора с целью регулирования подачи машины.
7. Машина по п.1, в которой на роторе имеется шарообразная часть, расположенная концентрично в сферообразной полости, а окно входа и окно выхода вьшолнены на шарообразной части по разные стороны от поршня.
8. Машина по п.1, в которой разделитель кроме вращающейся вокруг ротора части имеет статическую часть, понижающую нагрузку на вращающуюся часть.
9. Машина по п.1, в которой имеется дополнительный поршень, и для взаимодействия с ним разделитель состоит из подвижных друг относительно друга частей.
10. Объемная роторная машина, содержащая корпус со сферообразной полостью, ротор с шарообразной частью, поршень, разделитель с отверстием под шарообразную часть ротора,
сферообразную рабочую полость, образованную в сферообразной полости корпуса вокруг шарообразной части ротора,
окна входа и выхода рабочего тела,
причем, по меньшей мере, часть поршня установлена с возможностью совершения вращательных колебаний относительно ротора в плоскости, проходящей преимущественно вдоль оси ротора и, по меньшей мере, часть разделителя установлена с возможностью вращения вокруг ротора, с возможностью сохранения угла наклона плоскости этого вращения к оси вращения ротора, отличающаяся тем, что поршень или его часть связан шарнирно с разделителем или его частью, причем ось шарнира проходит через центр сферообразной полости.
PCT/RU2011/000158 2010-03-16 2011-03-15 Объёмная роторная машина WO2011115528A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11756611A EP2549058A1 (en) 2010-03-16 2011-03-15 Volumetric rotary machine
CN2011800174436A CN102822448A (zh) 2010-03-16 2011-03-15 容积式旋转机构
UAA201211710A UA103725C2 (ru) 2010-03-16 2011-03-15 Объемная роторная машина (варианты)
CA2793454A CA2793454A1 (en) 2010-03-16 2011-03-15 Volumetric rotary machine
US13/635,316 US8985979B2 (en) 2010-03-16 2011-03-15 Positive displacement rotary machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109516 2010-03-16
RU2010109516/06A RU2010109516A (ru) 2010-03-16 2010-03-16 Объемная роторная машина

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011115528A1 true WO2011115528A1 (ru) 2011-09-22

Family

ID=44649442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000158 WO2011115528A1 (ru) 2010-03-16 2011-03-15 Объёмная роторная машина

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8985979B2 (ru)
EP (1) EP2549058A1 (ru)
CN (1) CN102822448A (ru)
CA (1) CA2793454A1 (ru)
EA (1) EA201100371A1 (ru)
RU (1) RU2010109516A (ru)
UA (1) UA103725C2 (ru)
WO (1) WO2011115528A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104265630B (zh) * 2014-09-23 2016-08-17 上海理工大学 一种球形滚珠压缩机
US10323517B2 (en) * 2016-11-08 2019-06-18 Thomas F. Welker Multiple axis rotary engine
CN109538407B (zh) * 2018-09-28 2020-02-18 浙江大学 一种高性能大扭矩多叶片马达

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR511943A (fr) * 1918-02-28 1921-01-07 Henri Pruvost Moteur rotatif sphérique
US2708413A (en) 1949-09-26 1955-05-17 Loewen Edward Rotary piston, power transferer
DE4334874A1 (de) * 1993-10-13 1995-04-20 Fritz Reis Taumelscheibenmaschine
WO1998016723A1 (en) * 1996-10-16 1998-04-23 Vladeta Filipovic Hemispherical engine
RU2202695C2 (ru) 2000-08-04 2003-04-20 Дидин Александр Владимирович Объемная роторная машина
RU2006119356A (ru) 2006-06-02 2008-01-27 Александр Владимирович Дидин (RU) Роторная объемная машина

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1061646A (zh) * 1990-11-23 1992-06-03 “蒸汽机”专业科技公司 容积式旋转机械
RU2342537C2 (ru) * 2006-06-06 2008-12-27 Александр Владимирович Дидин Объемная роторная машина
RU2382884C2 (ru) * 2006-07-10 2010-02-27 Александр Владимирович Дидин Сферическая объемная роторная машина и способ работы сферической объемной роторной машины
HU229249B1 (hu) * 2007-10-03 2013-10-28 Mester Gabor Térfogatváltoztató forgó gép, elõnyösen kétütemû gömbmotor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR511943A (fr) * 1918-02-28 1921-01-07 Henri Pruvost Moteur rotatif sphérique
US2708413A (en) 1949-09-26 1955-05-17 Loewen Edward Rotary piston, power transferer
DE4334874A1 (de) * 1993-10-13 1995-04-20 Fritz Reis Taumelscheibenmaschine
WO1998016723A1 (en) * 1996-10-16 1998-04-23 Vladeta Filipovic Hemispherical engine
RU2202695C2 (ru) 2000-08-04 2003-04-20 Дидин Александр Владимирович Объемная роторная машина
RU2006119356A (ru) 2006-06-02 2008-01-27 Александр Владимирович Дидин (RU) Роторная объемная машина
RU2376478C2 (ru) 2006-06-02 2009-12-20 Александр Владимирович Дидин Роторная объемная машина

Also Published As

Publication number Publication date
CN102822448A (zh) 2012-12-12
EA201100371A1 (ru) 2011-10-31
EP2549058A1 (en) 2013-01-23
US20130011286A1 (en) 2013-01-10
US8985979B2 (en) 2015-03-24
RU2010109516A (ru) 2011-09-27
CA2793454A1 (en) 2011-09-22
UA103725C2 (ru) 2013-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2656886C (en) Method of operation of a spherical positive displacement rotary machine and devices for carrying out said method
US4477238A (en) Scroll type compressor with wrap portions of different axial heights
US10550842B2 (en) Epitrochoidal type compressor
WO2011115528A1 (ru) Объёмная роторная машина
CN103228918A (zh) 双出口泵
AU2018202025A1 (en) Dual axis rotor
US20150260184A1 (en) Segmented Positive Displacement Rotor Housing
US7192264B2 (en) Hyrdraulic motor
WO2011062523A1 (ru) Объёмная роторная машина
CN113544360B (zh) 共转型涡旋式压缩机的十字联轴器
RU2383745C2 (ru) Камера объемной роторной машины (варианты) и ступень объемной роторной машины
CN109340041A (zh) 一种叶片马达
JP2019529769A (ja) ロータリピストンおよびシリンダ装置
CN114450487B (zh) 共同旋转的涡旋压缩机的稳定性
US20130202469A1 (en) Positiv-displacement rotary mashine
CN106640515B (zh) 一种链子式转子液压马达
RU2063515C1 (ru) Двухсекционная роликолопастная гидромашина
WO2011078744A1 (ru) Объёмная роторная машина
RU2375584C1 (ru) Объемная роторная машина с отдельными проходами между сферообразными рабочими полостями
KR200311852Y1 (ko) 베인 압축기
WO2008036004A1 (fr) Machine volumique rotative avec une chambre bisphérique
JPH10196563A (ja) スクロール流体機械
WO2013109170A1 (ru) Сферическая объёмная роторная машина
KR20040061118A (ko) 베인 압축기

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180017443.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11756611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2793454

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13635316

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: A201211710

Country of ref document: UA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 8934/DELNP/2012

Country of ref document: IN

Ref document number: 2011756611

Country of ref document: EP