Универсальная объемная роторная машина тарана

 

Изобретение позволяет упростить конструкцию объемной роторной машины. На корпусе 1 установлены торцовые крышки с окнами 13, связанные с входными и выходными магистралями. В кор

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Р 01 С 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3883583/23-06 (22) 10.04.85 (46) 23.12.88. Бюл. Р 47 (75) Д. М. Таран (53) 621.514(088.8) (56) Патент Франции 11 1574313, . кл. F01C 1969.

„„SU„„1446345 А1 (54) УНИВЕРСАЛЬНАЯ ОБЪЕМНАЯ РОТОРНАЯ

МАШИНА ТАРАНА (57) Изобретение позволяет упростить конструкцию объемной роторной машины.

На корпусе 1 установлены торцовые крышки с окнами 13, связанные с входными и выходными магистралями. В кор1446345 пусе 1 расположены синхронно вращающиеся четыре ротора (P) 4 с ограниченными дугами окружности профилем. Профиль каждого P 4 образован четырьмя дугами окружностей с центрами в вершинах равнобедренной трапеции (Т), Боковая сторона Т равна ее средней линии. Две дуги с центрами в противоположных вершинах Т расположены в пределах углов при этих вершинах.

Остальные две дуги с центрами в других противоположных вершинах Т расположены в пределах углов, вертикальных углам при этих вершинах. Дуги с центрами в вершинах при одной стороне Т сопряжены. Центр описанной вокруг Т окружности находится на оси вращения-.Р 4. Расстояние между осями вращения смежных Р 4 равно сумме длины наибольшего основания Т и удвоенной длины радиуса дуги, расположенной в пределах угла, вертикального острому углу при этом основании. P 4 расположены таким образом, что идентичные стороны Т параллельны. Одинаковые

2 связанные с общей шестерней 9, закрепленной на валу 10. Каждый ротор

4 может содержать два расположенных в его теле радиальных уплотнения 11 и 12. Роторы 4 — одинаковые прямые некруговые цилиндры..Профиль ротора

4 ограничен четырьмя дугами окружностей GH, НЕ, EF u FG с центрами соответственно в вершинах А, В, С, D

10 равнобедренной трапеции ABCD, у которой боковая сторона равна средней линии (фиг. 3) 15

Изобретение относится к энергомашиностроению и без конструктивных изменений может применяться как в качестве насоса, так и в качестве двигателя.

Цель изобретения — упрощение конструкции машины.

На фиг. 1 изображена объемная роторная машина в момент наибольшего сжатия во внешней рабочей камере; на фиг. 2 — то же, сечение; на фиг. 3— схема взаимного расположения профилей роторов и построение профиля ротора; на фиг. 4 — окно в торцовой крышке с заглушкой; на.фиг. 5 — схема определения местонахождения окон на торцовых крышках; на фиг. 6 — схема определения профиля окон.

Машина содержит корпус 1, в котором между двумя общими торцовыми крышками 2 и 3 расположены четыре одинаковых ротора 4, образующих внутреннюю 5 и внешнюю 6 рабочие камеры, Роторы 4 жестко установлены на валах

7, на которых закреплены шестерни 8, дуги, ограничивающие профили смежных

Р 4, имеют центрами разные вершины Т при соответствующих основаниях. Прн заданном полном объеме внутренней рабочей камеры степени сжатия и максимальной степени сжатия расстояние между крышками 2 и 3, длина наименьшего основания Т и радиусы дуг профиля Р 4 связаны расчетным соотношением. Каждый Р 4 содержит два радиальных уплотнения, профиль к-рых совпадает с частью профиля P 4. Рабочее сечение окон 13 имеет форму криволинейного треугольника, две стороны к-рого образованы дугами, совпадающими с ограничивающей профиль Р 4 дугой, расположенной в пределах тупого угла при вершине Т. Третья сторона образована дугой окружности с центром на оси вращения Р 4 и касательной первым двум. Расстояние между осями вращения смежных Р 4 к длине наименьшего основания Т связано определенным соотношением. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.! АВ(= )СП! — IBCI + 1 АЭ!

Дуги РС и НЕ расположены в пределах углов ADC и АВС при противоположных вершинах D и В. трапеции. Ду20 ги GH u EF расположены в пределах углов GAH и ECF, вертикальных соответственно углам BAD u BCD при других противоположных вершинах А и С трапеции. При этом дуги GH и НЕ, НЕ

25 и EF, EF и FG, FG u GH с центрами в

1446345 вершинах при одной стероне трапеции

:сопряжены.

При заданных полном объеме V )араметры внутренней рабочей камеры 5, расстоясвязаны нии h между торцовыми крышками 2 и

3 и степени сжатия Е 7 1 для значений ь таких, что (a Va h с р соотношениями (1 мс кс,(2) EV<+ к (1 ЬЛг ) +4П(Е„-1) (ы„(3) 2U(r -1) а где а макс

tl °

U = 2

1+7

V = U+ 1+)

30

V 2iU- V э

+1 3 +1

-) 35

+ +

W (""+I,г ., 2 2 л 1 45

arccos — — величина остг1 . . рого угла при о снов анин

55

d+ I + () 2(d+2) (5) длина наименьшего основания трапеции; отношение длины наибольшего основания трапеции к величине а. отношение длины радиуса дуги, ограничивающей профиль ротора и расположенной в пределах угла, вертикального острому углу при большем основании тра25 пеции, к величине ч, наибольшая достижимая степень сжатия при данном значении лг„) л 1,д 1 40 г =

4 4 2

+ трапеции.

Параметры U V Чг ы о г вы

У ражены через параметры q и и используются исключительно для упрощения записи соотношений (2) — (4) .

Каждый ротор 4 может содержать два радиальных уплотнения 11 и 12, расположенных в его теле. Профиль

1 каждого уплотнения совпадает с частью профиля ротора 4, целиком включающей одну из двух дуг окружностей с центрами в противоположных вершинах трапеции и расположенных в пределах углов, вертикальных углам при этих вершинах.

Для каждого ротора 4 в торцовой крышке 2 могут быть расположены за глушаемые окна 13, соединяемые с входными или выходными магистралями (не показаны). Рабочее сечение каждого окна 13 есть криволинейный треугольник, стороны которого являются дугами окружностей, пересекающиеся две из которых совпадают с ограничивающей профиль ротора 4 дугой, расположенной в пределах тупого угла при вершине трапеции соответственно в начале и конце такта, а третья с центром на оси ротора 4 касается первых двух. В случае когда одна из первых двух сторон треугольника пересекает отрезок 00, соединяющий точки 0 и 0 на осях вращения данного и смежного роторов 4, рабочее сечение окна 13 ограничено частью плоскости треугольника, расположенной внутри либо вне квадрата с вершинами на осях вращения роторов 4 и вне круга с радиусом, равным радиусу описанной вокруг трапеции окружности (фиг. 6). Центр это( го круга расположен на отрезке 00 на расстоянии от точки 0, равном ра диусу дуги, ограничивающей профиль ротора 4 и расположенной в пределах угла, вертикального тупому углу при вершине трапеции.

Для обеспечения открытия окна 13 во внутренней рабочей камере 5 на время всего такта параметр связывается с отношением d = i + 2р расстояния между осями вращения смежных роторов 4 к длине d наю еньшего основания трапеции неравенством

d+I- Й ) -8 4 (с

2 (d+2) г 4Г 1

1446

Для увеличения КПД путем увеличения рабочего сечения окон 13 напротив каждого окна 13 в противоположной торцовой крышке 3 может быть рас5 положено такое же окно 13, соединяемое с той же магистралью.

Для увеличения КПД путем снижения утечек рабочих тел окна 13 в торцовых крышках 2 и 3 расположены таким . образом, что смежные роторы 4 попеременно производят открытие окон 13 с интервалом в один такт, при,этом в течение такта производится открытие по одному окну 13 из внутренней каме- 16 ры 5 и внешней рабочей камеры 6 °

При задании параметров V,,h, C> . и удовлетворяющего соотношению (1) значения С с последующим вычислением с помощью соотношений (3) — (4) па- 20 раметров, и а профиль ротора полностью определяется. При этом длины оснований ВС и AD трапеции соответственно равны

25 Роторы 4 устанавливаются таким образом, что соответствующие стороны трапеций, вершины которых являются центрами ограничивающих профили роторов 4 дуг окружностей, параллельны.

gp При этом одинаковые дуги, ограничивающие профили смежных роторов 4, имеют центрами разные вершины трапеций при соответствующих основаниях (например, для ротора 4 с осью вращения, проходящей через точку О, дуга EF имеет центром вершину С при основании ВС трапеции АВСР, а для ротора 4 с осью вращения, проходящей через точку О, соответствующая дуга имеет центром

40 вершину В трапеции при одинаковом обозначении соответствующих вершин трапеций. При совмещении параллельных прямых, на которых расположены одинаковые основания трапеций, внут4> ренняя рабочая камера 5 занимает наибольший объем (фиг. 1, трапеции не показаны) или наименьший объем (фиг. 3); при этом изменение объема . рабочей камеры 5 от наибольшего зна чения до наименьшего осуществляется поворотом всех роторов 4 на угол 90 вокруг осей вращения. Этот поворот системы роторов 4 соответствует одному такту осуществляемого в машине рабочего процесса. Каждому набору значений параметров V, h, E. соответствует семейство машин, причем каждая машина из этого семейства полностью определяется (описывается) за(BCI = a (AD1 = а, (6) (7) ! АВ = ICDI = . а, 7 +1 (8) IDFI IDGI IAD1 + IAG! = 7 а +ра = (7 +р) а1 (9) +!BC! ={ — +1)а + -1

„+1

= { +()а; (11) IBHI = IBE! = !СЕ! л+1 а =ра=- I AGI (12) длина боковых сторон трапеции равна длина радиуса AG дуги GH равна IAG!= ! а. Длины радиусов остальных дуг определяются из требования сопряжения дуг с центрами в вершинах при одной стороне трапеции!

СЕ! = CFI =IDF -ICDI = (7+p)a— +! г «!

2 2 (10) л .1

f AH = ВН - I АВ = { + ) а—

Попутно полученное из построения тождество !АН! = !АС обеспечивает сопряженность смежных дуг GH u HE (остальные смежные дуги сопряжены по построению), т.е. обеспечивает замкнутость и выпуклость границы профиля ротора 4. Ось вращения ротора 4 проходит через центр О описанной вокруг трапеции

ABCD окружности, При этом дуги EF u

GH соответственно ограничивают (в " случае наличия) профили радиальных уплотнений 11 и 12 (фиг. 1). Расстоя= ние между осями вращения смежных роторов 4 равно сумме длины р а наибольшего основания AD трапеции и удвоенной длины !!<а радиуса AG дуги GH, расположенной в пределах угла GAH, вертикального острому углу BAD = Q при этом основании!

00 I = !О 0"! =!О"0 "I=I0 " 0! = (+2р)а.

1446345 данием удовлетворяющего значения (1) параметра. При заданных параметрах

Vä„h, E© и параметры р и а определяются соотношениями (3) и (4) длиЭ

5 ны сторон трапеции определяются соотношениями (6) — (8), длины радиусов дуг окружностей, ограничивающих профиль ротора 4, определяются соотношениями (9) — (12) . 10

В каждой торцовой крышке 2 мо жет быть расположено до четырех заглушаемых окон 13 (по одному на каждый ротор 4), открывающихся соответствующими роторами 4 во внутренней 15 рабочей камере 5 и до двенадцати заглушаемых окон 13 (по три на каждый ротор 4), открывающихся соответствукщими роторами 4 во внешней рабочей камере 6. Каждое окно 13 может быть 2р соединено присоединительным штуцером, расположенным на крышке 2 корпуса l, с входной или выходной магистралью либо заглушено. Заглушение окна 13 в торцовой крьппке 2 (фиг. 4) произ- 25 водится вкладьппем, профиль которого совпадает с профилем окна. Вкладьпп вставляется в окно 13 через присоединительный штуцер (не изображен) в, торцовой крьппке 2 и фиксируется на- 30 винчивающейся на присоединительный ,штуцер заглушкой. Используются окна ( двух типов. На фиг. 5 и 6 показаны положения профиля ротора 4 в начале и s кKо нHц е e тTа кKтTа, отличающиеся поворо-- 35 том вокруг центра вращения 0 на 90

При этом дуга ЕН, ограничивающая профиль ротора 4, расположена в пределах тупого угла ЕСН при вершине трапеции С. Профиль окна 13 первого 4р типа является криволинейным треугольником ELM две пересекающиеся в точI ке L стороны ML и И L которого совпадают с ограничивающими профиль ротора 4 дугами ЕН и Е Н . Третья сторо- 45 на ММ треугольника MLM есть дуга окружности с центром 0 на оси вращения ротора 4, касающаяся в точках И и M дуг ЕН и Е Н . В случае, когда одна из сторон криволинейного тре- б0 угольника (фиг. 6, дуга ML) пересекает отрезок 00, соединяющий точки О и О на осях вращения данного и смеж1 ного роторов 4, рабочее сечение акна 13 ограничено большей частью плоскости треугольника, целиком расположенной внутри либо вне квадрата

00 О"О " с вершинами на осях вращения смежных роторов 4 (фиг. 3) и вне плоскости круга с центром на отрезке

00, расположенном на расстоянии

1 (+p )a От точки 0 равном ради» усу дуги, ограничивающей профиль ротора 4 и расположенной в пределах угла, вертикального тупому углу при вершине трапеции.

Радиус r круга равен радиусу окружности, описанной вокруг трапеции.

Треугольник NLM делится дугой PI окружности радиуса r на две фигуры.

При этом окружность радиуса r касается дуги ИМ в точке P и пересекает одну из дуг ML или И L в точке I.

Если точка I расположена на дуге М L9 не пересекающей отрезок 00, то рабочим сечением окна 13 второго типа является криволинейный треугольник PIMtt

В этом случае открытие окна 13 проис" ходит в течение части (хотя и большей) времени такта. Если точка I расположена на дуге ML пересекающей отрезок 00, что обеспечивается выполнением неравенства (5), то рабочим сечением окна 13 второго типа является криволинейный четырехугольник

РП.И . В этом случае открытие окна

13 происходит в течение всего такта.

Наличие окон 13 второго типа обусловлено недопустимостью одновременного открытия одного и того же окна 13 в обеих камерах 5 и 6. Открытие окон

13 второго типа происходит во внутренней рабочей камере 5, если они расположены внутри квадрата 00 0" Ош с вершинами на осях вращения роторов

4. Открытие окон первого типа происходит во внешней рабочей камере 6.

Использованная форма окон 13 обеспечивает максимальное сечение их открытия на любой фазе такта, Для увеличения этого сечения напротив каждого окна.13 в противоположной торцовой крышке 3 (фиг. 1 и 2) может быть рас положено такое же окно 13, соединенное с той же магистралью. Наличие большого числа окон 13 в машине усложняет их коммутацию с магистралями, кроме того, возможность осуществления во внутренней 5 и внешней 6 рабочих камерах различных рабочих процессов вносит требование исключения перетекания рабочих тел между окнами

13, открывающимися в разных камерах

5иб.

Универсальная объемная роторная машина работает следующим образом.

1446345

4Skq

Е м< кс

Е„-1!

U 2 - —

Ч -2 И-ч,; 2,.1 3 ьЦ +

7i -1

p((2 2

При в р ащении ро то ро в про исходит изменение объемов рабочих камер 5 и

6 от наибольшего значения до наименьшего. Это изменение происходит при о повороте роторов 4 на 90, что соответствует одному такту осуществляемого рабочего процесса. В положениях с наибольшим или наименьшим объемом рабочих камер 5 и 6 все окна 13 sa» 10 крыты. При этом увеличению объема внутренней рабочей камеры 5 соответст вует уменьшение объема внешней рабочей камеры 6 и наоборот (суммарный объем рабочих камер 5 и 6 постоянен). 15

При изменении объемов рабочих камер

5 и 6 происходит открытие окон 13 во внутренней 5 и внешней 6 рабочих камерах. Открытие окон 13 при вращении роторов 4 по (против) часовой стрел- 20

KB происходит при уменьшении(увеличении объемов соответствующих рабочих камер 5 и 6. Все машины данного семейства имеют одинаковые значения. параметров V Е, h и различаются 25 только формой профиля роторов 4, которая задается величиной . При этом графики изменения степени сжатия во внутренней рабочей камере 5 от угла поворота системы роторов 4 для 30 машин данного семейства практически совпадают, из чего вытекает прямая зависимость основных показателей ра-. .бочего процесса в машине от формы роторов 4 (т.е. от величины ).

Формула из обре тения

1 . .Универсальная объемная роторная машина, содержащая корпус, уста- 40 новлейные на корпусе торцовые крышки с окнами, связанные с входными и выходными магистралями, расположенные в корпусе синхронно вращающиеся четыре ротора с ограниченными дугами ок- 45

Ч1 Ч2+ {V { Еа Ч

Р

50 где 2-- отношение длины наибольшего основания трапеции к величине а;

- отношение длины радиуса дуги, ограничивающей профиль рото55 ра и расположенной в преде-;: . лах угла, вертикального острому углу при большем осно- вании трапеции, к величине а; ружностей профилем, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, профиль каждого ротора образован четырьмя дугами окружностей с центрами в вершинах равнобедренной трапеции, боковая сторона которой равна ее средней линии, причем две дуги с центрами в противоположных вершинах трапеции расположены в пределах углов при этих вершинах,. остальные две дуги с центрами в других противоположных вершинах трапеции расположены в пределах углов, вертикальных углам при этих вершинах, дуги с центрами в вершинах при одной стороне трапеции сопряжены, при этом центр описанной вокруг трапеции окружности расположен на оси вращения ротора, а расстояние между осями вращения смежных роторов равно сумме длины наибольшего основания трапеции и удвоенной длины радиуса дуги, расположенной в пределах угла, вертикального острому углу при этом основании, роторы расположены таким образом, что идентичные стороны трапеций параллельны, при этом одинаковые дуги, ограничивающие профили смежных роторов, имеют центрами разные вершины трапеций при соответствующих основаниях.

2. Машина по л. 1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что при заданных полном объеме внутренней рабочей камеры V степени сжатия jö и максимальной степени сжатия Г „„„„, расстояние между торцовыми крышками h, длина наименьшего основания трапеции

oiи радиусы дуг профиля роторов связаны следующими соотношениями:

) + 4U(E. -1) (ы,— ба 2) 1+л

Ч н ц + 1 + )ГАВ °

1 2

1 446345

12 л7+1 л

Ы

Я

4 2

+ и n4+ 1 7..

2 2 и. 1

q arccos — — величина остп„y) рого угла при основании трапеции.

3. Машина по rrrr. I и 2, о т— л и ч а ю щ а я с я . тем, что каждый ротор содержит два радиальных уплотнения, расположенных в его теле,. причем профиль каждого уплотнения совпадает с частью профиля ротора, целиком включающей одну из двух дуг окружностей с центрами в противоположных вершинах трапеции и расположенных в цределах углов, вертикальных углам при этих вершинах.

4. Машина по пп. 1 — 3, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что рабочее сечение окон, выполненных в торцовых крышках, имеет форму криволинейного треугольника, две стороны которого образованы дугами, совпадающими с ограничнвающей профиль ротора дугой, расположенной в пределах тупого угла при вершине трапеции, а третья сторона образована дугой окружности с центром на оси вращения ротора и касательной первым двум.

5. Машина по и. 4, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что отношение d

7 + 2p расстояния между осями вращения смежных роторов к длине наименьшего основания трапеции связано с параметром следующим неравенством

Д+1,/(Д,)2 8, 4 П

2 (d+2) т 4;1

d+1+ (2(d + 2) 1446345

1446345

Составитель 3. Пимахова

Редактор А. Козориз Техред М.Ходанич Корректор H. Самборская

Тираж 492

Заказ 7565

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР!!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5