Ротационная машина

 

Использование: при создании насосов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: ротор концентрично размещен в корпусе с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды. На обращенных друг к другу внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности ротора выполнены дугообразные выемки, в которых с образованием рабочих камер размещены вытеснители в виде роликов. Максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания соответственно с корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных на величины 3/4 и 1/4 глубины выемок корпуса и ротора соответственно. Минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания соответственно с корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных на величины 1/4 и 3/4 глубины выемок корпуса и ротора. Полость, переходящая через оси качения роликов, размещенных в крайних положениях выемки, смещена относительно кромки корпуса, взаимодействующей с роликом, в сторону рабочей камеры. 14 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании насосов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания.

Известен объемный роторный насос, содержащий корпус с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды, торцовые крышки, ротор с дугообразными выемками, соосно размещенный в корпусе, и вытеснители, выполненные в виде тел качения, размещенные в выемках ротора с образованием в корпусе рабочих камер (а.с. СССР N 226409, кл. F 04 С 2/00, 1966).

Недостатком конструкции является сложность, наличие большого количества деталей, ненадежность работы, так как переход роликов зависит от пружинящих свойств втулки, центробежных сил, возможности заклинивания роликов в калиброванном канале.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является роторно-лопастной двигатель, содержащий корпус с патрубками впуска и выпуска рабочей среды, торцовые крышки, роторы, соосно установленные с возможностью поочередного вращения, размещенный между роторами маховик и фиксаторы роторов в виде роликов, размещенные соответственно в дугообразных выемках корпуса и маховика и сквозных отверстиях ротора, при этом глубина выемок меньше радиуса роликов, каждый ротор выполнен в виде кольца с лопастями и сквозными прорезями со стороны торцовых крышек, ролики размещены в прорезях, а длина выемок в маховике и корпусе равна длинам дуг между точками касания с соответственно маховиком и корпусом двух соприкасающихся между собой окружностей с диаметром, равным диаметру роликов, размещенных напротив выемок и частично входящих в последние на величину, равную половине глубины соответствующей выемки [1] Недостатком конструкции является ее сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства при одновременном повышении его надежности.

Цель достигается тем, что в известной ротационной машине, содержащей корпус с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды, торцовую крышку, ротор, размещенный в корпусе, и вытеснители, выполненные в виде тел качения, на внутренней поверхности корпуса и боковой поверхности ротора выполнены дугообразные выемки, в которых размещены вытеснители с образованием в корпусе рабочих камер, глубина выемок выбирается таким образом, что при крайнем положении выталкиваемого вытеснителя в выемке корпуса, а выталкивающего в выемке ротора плоскость, проходящая через их оси качения, смещена относительно кромки корпуса, которой касается выталкиваемый вытеснитель, в сторону рабочей камеры, максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания с соответственно корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных напротив выемок корпуса и ротора и частично входящих в них на величины, равные 3/4 и 1/4 глубины выемки соответственно, минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания с соответственно корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных напротив выемок корпуса и ротора и частично входящих в них на величины, равные 1/4 и 3/4 глубины выемки соответственно, глубины соответственно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство проще: в нем отсутствуют роторы, а рабочие камеры образуются не лопастями роторов, а вытеснителями в виде роликов. Ролики в прототипе и предлагаемом решении выполняют различные функции. В прототипе они являлись фиксаторами, сцепляя каждый ротор то с корпусом, то с маховиком, и никак не взаимодействовали друг с другом. В предлагаемом решении ролики-вытеснители образуют рабочие камеры. При вращении ротора и совпадении выемок ротора и корпуса происходит обмен роликами, ролик, находящийся в выемке ротора, выталкивает ролик, находящийся в выемке корпуса, и становится на его место, а ролик корпуса переходит в выемку ротора. Надежная работа машины, исключающаяся заклинивания, обеспечивается выбранной геометрией выемок корпуса и ротора.

На фиг. 1 показана ротационная машина, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показаны различные положения вытеснителей при вращении ротора; на фиг. 4-6 изображены варианты выполнения машины с роторами различных диаметров; на фиг. 7 рассмотрены условия выбора глубины выемок корпуса и ротора; на фиг. 8 вариант выполнения машины с длиной выемок, выбранной при условии погружения роликов одновременно в обе выемки на величину, равную половине их глубины; на фиг. 9 вариант выполнения машины с максимальной по длине выемкой ротора и минимальной выемкой корпуса; на фиг. 10 вариант машины с минимальной по длине выемкой ротора и максимальной выемкой корпуса; на фиг. 11-14 рассмотрены варианты выполнения выемок корпуса и ротора: фиг. 11 и 13 не обеспечивающие надежную работу устройства, фиг. 12 и 14 обеспечивающие работу без заклинивания.

Ротационная машина содержит корпус 1 с патрубками всасывания 2 и нагнетания 3 рабочей среды, торцовую крышку 4, ротор 5. На внутренней поверхности корпуса и боковой поверхности ротора выполнены дугообразные выемки 6 и 7 соответственно, в которых расположены вытеснители в виде тел 8 и 9 качения. Для простоты будем считать, что использованы ролики.

Машина работает следующим образом. В выемке 6 корпуса 1 находится ролик 8, а ролик 9, находящийся в выемке 7 ротора 5, вращается вместе с ротором. Когда выемки корпуса и ротора оказываются напротив друг друга (поз. а,б, фиг. 3), при вращении ротора по часовой стрелке происходит выталкивание ролика 8 корпуса из его выемки роликом 9 ротора, который становится на его место, а ролик 8 корпуса переходит в выемку ротора и вращается вместе с ним. При этом объем рабочей камеры, образованной роликами и расположенной на фиг. 3 справа от выемки корпуса, увеличивается, и происходит всасывание рабочей среды через патрубок 2, а объем второй рабочей камеры уменьшается, и через патрубок 3 рабочая среда нагнетается во внешнее устройство (поз. в, г, фиг. 3).

Для того, чтобы машина была работоспособна, т.е. происходила бы смена роликов в выемках корпуса и ротора (выталкивание одного другим), необходима определенная геометрия выемок. Можно показать, что глубина выемок зависит не только от диаметра роликов (как в прототипе), но и от радиуса ротора. Так, на фиг. 4 показан случай, когда глубина выемки не превышает радиуса вытеснителя, но машина заклинивает, т.е. под действием ролика 9 ротора ролик 8 корпуса не выталкивается, а вжимается в выемку. На фиг. 5 при тех же размерах глубины выемки и диаметрах роликов ротор имеет больший радиус. Этот вариант конструкции можно назвать неопределенным, машина может работать, а может и нет. На фиг. 6 изображен вариант машины с теми же размерами выемки и роликов, но с еще большим радиусом ротора. Ролик 9 ротора действует на ролик 8 корпуса и, как видно на фиг. 6, действующая сила F стремится вытолкнуть ролик из выемки корпуса.

На фиг. 7 подробно изображены все размеры и видно, что выталкивание ролика из выемки корпуса будет происходить, если прямая ДМ, проходящая через центры роликов, смещена относительно крайней точки Б выемки корпуса в сторону рабочей камеры. Таким образом, зная радиус ротора и диаметры роликов, глубину выемки легко рассчитать графически.

Длины выемок корпуса и ротора величины взаимосвязанные и определяются как длины дуг между точками касания поверхностей вытеснителей соответственно с корпусом и ротором при одновременном нахождении вытеснителей в выемках корпуса и ротора. При этом максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора определяются при погружении вытеснителей на 3/4 глубины в выемку корпуса и соответственно на 1/4 глубины в выемку ротора. Аналогично определяется минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора (погружение вытеснителей на 1/4 глубины и выемку корпуса и на 3/4 в выемку ротора). При превышении длиной выемок указанных величин возможна ненадежная работа устройства. Это продемонстрировано на фиг. 11-14. На фиг. 11 длина выемки корпуса больше максимальной и, как видно из чертежа, произойдет заклинивание машины. На фиг. 12 длина выемки корпуса меньше максимальной и машина работоспособна. На фиг. 13, 14 то же, относящееся к выемке ротора.

Таким образом, при выбранной геометрии выемок корпуса и ротора предлагаемая машина является более простой и надежной по сравнению с аналогами и прототипом, практически полностью исключена возможность заклинивания и проскальзывания, нет необходимости калиброванного выполнения выемок.

Формула изобретения

РОТАЦИОННАЯ МАШИНА, содержащая корпус с патрубками всасывания и нагнетания рабочей среды, торцевую крышку, ротор, концентрично размещенный в корпусе, и вытеснители, при этом на обращенных друг к другу внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности ротора выполнены дугообразные выемки, в которых с образованием рабочих камер размещены вытеснители, выполненные в виде роликов, отличающаяся тем, что максимальная длина выемки корпуса и минимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания соответственно с корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных на величины 3/4 и 1/4 глубины выемок корпуса и ротора соответственно, а минимальная длина выемки корпуса и максимальная длина выемки ротора равны длинам дуг между точками касания соответственно с корпусом и ротором двух соприкасающихся окружностей с диаметрами, равными диаметру роликов, размещенных на величины 1/4 и 3/4 глубины выемок корпуса и ротора соответственно, при этом плоскость, проходящая через оси качения роликов, размещенных в крайних положениях выемки, смещена относительно кромки корпуса, взаимодействующей с роликом, в сторону рабочей камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14