WO2014209250A1 - Роторная объемная машина - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам для перекачивания жидкостей или газов, или для преобразования механической энергии движения жидкости или газа. Машина включает корпус, ротор с лопастями в его радиальных пазах, установленный с возможностью вращения. Корпус выполнен в виде двух одинаковых цилиндров. В полости каждой из частей корпуса со стороны её свободного торца размещен выдавливатель в виде сплошного усеченного конуса с вершиной направленой в полость соответствующей части корпуса, снабженный валом, направленным наружу из корпуса. Выдавливатели шарнирно соединены между собой через ротор, установленный в полости, образованной между полусферическими впадинами выдавливателей. Лопасти зафиксированы в цилиндрических пазах выдавливателей с помощью уплотнительных элементов, закрепленных на боковых радиальных ребрах каждой лопасти с возможностью синхронного вращения ротора и выдавливателей. Изобретение направлено на создание машины, простой в изготовлении и эксплуатации, имеющей большой ресурс.

Description

Роторная объемная машина.

Предлагаемое изобретение относится к средствам для перекачивания жидкостей или газов, или для преобразования механической энергии движения жидкости или газа в движение вала, а именно к конструкции роторной объемной машины или насоса, которую можно использовать в химическом и нефтяном машиностроении и для применения в качестве приводов для транспортных средств.

Наиболее близкой к предлагаемой по количеству существенных признаков является роторная объемная машина, содержащая корпус с окнами для всасывания и нагнетания рабочей среды, лопастной ротор, установленный с возможностью его вращения, и уплотнительные элементы [Патент на изобретение JYS 2184875, Россия, МПК 7 F04C2/344, Опубликовано: 10.07.2002] . В указанном документе описан пластинчатый насос, содержащий корпус с окнами для всасывания и нагнетания и с торцевыми крышками, во внутренней полости которого установлен ротор с лопастями, имеющими форму прямоугольных пластин, закрепленных в скошенных пазах ротора, установленных с возможностью их передвижения по пазу.

Недостаток описанной машины заключается в технологических сложностях, связанных с ее изготовлением из-за сложной формы паза, а также ее недостаточном ресурсе, обусловленном существенным истиранием в процессе эксплуатации внутренней поверхности корпуса и участков лопастей в пазах, и самих пазов, что ограничивает возможности ее широкого использования.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такой роторной объемной машины, которая была бы более простой в изготовлении и в эксплуатации, и, одновременно, обладала бы большим ресурсом.

Поставленная задача решается за счет создания условий для изменения рабочего объема камер машины от минимального до максимального заранее определенного в течение одного оборота лопастного ротора при стабильно неподвижном положении лопастей относительно друг друга. Предлагаемая, как и известная роторная объемная машина, содержащая корпус с окнами для всасывания и нагнетания рабочей среды, лопастной ротор с лопастями, размещенными в радиальных пазах ротора, установленный с возможностью его вращения, и уплотнительные элементы, а, в соответствии с изобретением, корпус выполнен в виде двух одинаковых цилиндров, оси которых образуют угол А со значением 5°<А<17° или 163°<А<175°, в полости каждой из частей корпуса со стороны ее свободного торца размещен выдавливатель, выполненный в виде сплошного усеченного конуса, вершина которого направлена в полость соответствующей части корпуса, и снабженный валом, направленным наружу из корпуса, выдавливатели шарнирно соединены между собой через лопастной ротор, установленный в полости, образованной между полусферическими впадинами выдавливателей с возможностью их движения в двух степенях свободы, свободные радиально противоположные торцы лопастей ротора имеют форму фрагмента цилиндрической поверхности или сферы, а лопасти зафиксированы в цилиндрических пазах конических выдавливателей с помощью уплотнительных элементов, закрепленных на боковых радиальных ребрах каждой лопасти с возможностью синхронного вращения лопастного ротора и выдавливателей под действием рабочей среды.

Особенностью предлагаемой роторной машины является и то, что каждый уплотнительный элемент имеет форму сплошного цилиндра с прорезью вдоль образующей для его закрепления на боковом радиальном ребре лопасти и изготовлен из эластичного материала.

Особенностью предлагаемой роторной машины является и то, что лопасти лопастного ротора установлены неподвижно относительно друг друга.

Авторами экспериментально найдено оптимальное значение угла А между осями двух одинаковых цилиндров, образующих корпус.

Так, при значении угла А < 5° или А > 175° рабочий объем предлагаемой машины является неоправданно малым по причине малого соотношения "мощность \ вес машины". При значении угла А > 17° или А < 163° технологически сложно изготовить конические выдавливатели, удовлетворяющие требованию герметичности рабочих объемов предлагаемой машины.

Поэтому оптимальным является значение угла А, соответствующее выражениям 5 <А<17 или 163°<А<175°. Значения угла А определяет рабочий объем машины.

Во время проведения патентно-информационных исследований при подготовке настоящей заявки авторами не обнаружены конструкции роторных объемных машин с указанной выше совокупностью существенных признаков, что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".

Технический результат, полученный в результате осуществления предлагаемого изобретения состоит в создании условий для изменения рабочего объема камер машины от минимального до максимального заранее определенного в течение одного оборота лопастного ротора при стабильно неподвижном положении лопастей относительно друг друга.

Указанный технический результат в известных технических решениях, которые вошли в уровень техники, авторами не выявлен, поэтому предлагаемая подвеска может быть признана соответствующей критерию изобретения "изобретательский уровень".

Предлагаемая роторная объемная машина состоит из конструктивных элементов, для изготовления которых используют известные на сегодняшний день технологические приемы, средства и материалы. Она может быть использована в транспортных средствах, которые относятся к различным отраслям народного хозяйства, а поэтому можно сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствуют критерию изобретения «промышленная применимость» .

Сущность предлагаемого изобретения объясняется с помощью схематических чертежей.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой роторной машины. На фиг. 2 показано положение лопастного ротора с лопастями и одной части корпуса.

На фиг. 3 показан лопастной ротор с лопастями.

На фиг. 4 и фиг. 5 показана работа предлагаемой роторной машины.

Предлагаемая роторная машина включает корпус 1 с окнами 2 для всасывания и нагнетания рабочей среды. Корпус 1 выполнен в виде двух одинаковых цилиндров, оси которых образуют угол А со значением А=16⁰ или А=164°. В полости каждой из частей корпуса 1 со стороны ее свободного торца размещен выдавливатель 3. Выдавливатель 3 выполнен в виде сплошного усеченного конуса, вершина которого направлена в полость соответствующей части корпуса 1, и снабжен валом 4, направленным наружу из корпуса 1 . Выдавливатели 3 шарнирно соединены между собой через лопастной ротор, выполненный в виде блока 5, установленного в полости, образованной между полусферическими впадинами выдавливателей, с возможностью из движения в двух степенях свободы. Блок 5 содержит сферический элемент 6 с радиальными прорезями, в которых установлены две пары лопастей 7. Лопасти 7 установлены неподвижно относительно друг друга. Свободные радиально противоположные торцы лопастей 7 имеют форму сегмента сферы. Сферический элемент 6 расположен в соответствующем сферическом углублении в выдавливателе 3, а лопасти 7 зафиксированы с помощью уплотнительных элементов 8, закрепленных на боковых радиальных ребрах каждой лопасти 7 в соответствующих пазах выдавливателей 3 с возможностью синхронного вращения блока 5 лопастного ротора и выдавливателей 3 под действием рабочей среды. Каждый уплотнительный элемент 8 имеет форму сплошного цилиндра с прорезью вдоль образующей для его закрепления на боковом радиальном ребре лопасти 7 и изготовлен из эластичного материала. Корпус 1 и блок 5 изготовлены с минимально возможными зазорами. Все детали предлагаемой машины могут быть изготовлены из пластика, например из полиэтилентерефталата - термопластика, используемого для производства упаковочных материалов, тары для различных видов пищевой, химической продукции, духов, пресс-форм для изготовления бутылок с помощью термопластавтомата, что говорит о его небольшой себестоимости по сравнению со стоимостью устройства-прототипа.

Предлагаемая роторная машина работает так. При подаче рабочей среды - жидкости - в одно из окон 2 на участке полости, ограниченной сектором между полусферическими впадинами выдавливателей 3 и пары перпендикулярно расположенных лопастей 7, возникает давление, значение которого является большим, чем значение давления в противоположном участке полости, а потому блок 5 лопастного ротора с лопастями 7 начинает вращательное движение.

Вращение блока 5 приводит к синхронному с ним вращению и выдавливателей 3. При этом во время одного оборота образуются замкнутые пространства с изменяемым от минимального до максимального объемом, определяемым значением угла А. Поскольку машина собрана из симметричных деталей, каждое из окон 2 может работать как для всасывания, так и для нагнетания рабочей среды. Благодаря тому, что корпус 1 и блок 5 изготовлены с минимально возможными зазорами, практически исключается трение смежных деталей и минимизируются утечки рабочей среды, что позволяет утверждать о большем по сравнению с прототипом ресурсе предлагаемого насоса.

В отличие от традиционных роторных машин - пластинчатых насосов или моторов, предлагаемая может работать во всем диапазоне вращений - практически, от 0 до максимального значения, что позволяет использовать ее в качестве приводов транспортных средств.

Claims

Формула изобретения.

1. Роторная объемная машина, содержащая корпус с окнами для всасывания и нагнетания рабочей среды, лопастной ротор с лопастями, размещенными в радиальных пазах ротора, установленный с возможностью его вращения, и уплотнительные элементы, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде двух одинаковых цилиндров, оси которых образуют угол А со значением 5°<А<17° или 163°<А<175°, в полости каждой из частей корпуса со стороны ее свободного торца размещен выдавливатель, выполненный в виде сплошного усеченного конуса, вершина которого направлена в полость соответствующей части корпуса, и снабженный валом, направленным наружу из корпуса, выдавливатели шарнирно соединены между собой через лопастной ротор, установленный в полости, образованной между полусферическими впадинами выдавливателей с возможностью их движения в двух степенях свободы, свободные радиально противоположные торцы лопастей ротора имеют форму фрагмента цилиндрической поверхности или сферы, а лопасти зафиксированы в цилиндрических пазах конических выдавливателей с помощью уплотнительных элементов, закрепленных на боковых радиальных ребрах каждой лопасти с возможностью синхронного вращения лопастного ротора и выдавливателей под действием рабочей среды.

2. Роторная объемная машина по п.1, отличающаяся тем, что каждый уплотнительный элемент имеет форму сплошного цилиндра с прорезью вдоль образующей для его закрепления на боковом радиальном ребре лопасти и изготовлен из эластичного материала.

3. Роторная объемная машина по п.1, отличающаяся тем, что лопасти лопастного ротора установлены неподвижно относительно друг друга.